CODIGO SISMICO DE COSTA RICA 1986

Transcripción

1 Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica CODIGO SISMICO DE COSTA RICA 1986 Redacción y esquema fundamental: Jorge A. Gutiérrez G. Discusión, corrección y aprobación COMISION PERMANENTE DE ESTUDIO Y REVISION DEL CODIGO SISMICO DE COSTA RICA Coordinador Comisión: Henry Meltzer S. Integrantes Comisión: Rodolfo Castro A. Jorge A. Gutiérrez G. Eddy Hernández C. Rodolfo Herrera J. Luis Lukowiecki G. Francisco Mas H. Rómulo Picado Ch. Franz Sauter F. Aprobado por la Asamblea de Representantes del CFIA N AER del 28 de Agosto de 1986

2 PRESENTACION A LA PRIMERA Y SEGUNDA SECCION Este trabajo es el resultado de un largo proceso de discusión, experiencia y estudio. En él se recogen los aspectos aún vigentes de la versión 1974 del Código Sísmico de Costa Rica, las experiencias derivadas de la práctica profesional de los últimos diez años, un sinnúmero de innovaciones y reformas producto del desarrollo del conocimiento tanto en Costa Rica como en el extranjero y una buena dosis de sentido común y criterio profesional. Todos estos factores han sido combinados y discutidos ampliamente durante incontables sesiones de trabajo de la Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica, para producir un documento que podemos ubicar entre los Códigos Sísmicos más modernos y completos del mundo. El objetivo fundamental de este y todos los códigos es preservar la vida humana y reducir el impacto socioeconómico ante el evento de un sismo de gran magnitud. La organización del Código pretende ofrecer al profesional responsable la guía e información necesarias para alcanzar este objetivo. Sus principales características pueden sintetizarse así: a) Comprensible y auto explicativo. Se trata de un documento bastante extenso y detallado para permitirle al mayor número de profesionales una utilización racional de éste, reduciendo el uso dogmático, inhibidor de la creatividad que este tipo de normas tiene a producir. b) Producto de una evolución de la versión 1974, pues su aplicación durante más de una década ha generado el conocimiento y la comprensión de muchos conceptos que todavía tienen vigencia. Por esta razón se evitaron discontinuidades severas con la versión anterior manteniéndose el mayor número posible de conceptos, nomenclatura y definiciones. En aquellos casos en que fue necesario introducir cambios significativos, estos fueron bastantes explícitos. Es nuestra esperanza que el esfuerzo requerido para utilizar este Código sea mucho menor al que fue necesario cuando apareció la primera versión. c) Flexible, a fin de permitirle a aquellos profesionales que dispongan de los conocimientos y herramientas apropiados, el apartarse de ciertas recomendaciones mínimas y presentar, con la debida documentación, soluciones más refinadas. El único requisito que se exige en estos casos es demostrar inequívocamente que la capacidad sismoresistente de la estructura es similar o superior a la que se hubiese obtenido si se hubieran utilizado las normas específicas correspondientes. d) Integrado en sus aspectos de análisis, diseño e inspección, con el objeto de garantizar que la obra finalmente construida se comporte conforme a los criterios definidos por el diseñador. Las experiencias recientes de los sismos en México y Chile han puesto en evidencia la necesidad de involucrar en el problema a todas las partes responsables. e) Orientado en la definición estructural, propiciando el uso de estructuras con comportamiento sísmico adecuado. Lo anterior responde al convencimiento de que, en gran medida, el comportamiento exitoso de una estructura durante un sismo obedece a una sana concepción estructural. La escasa tradición arquitectónica autóctona promueve a veces el uso de concepciones estructuralres foráneas, las cuales, cuando tienen su origen en regiones sísmicamente tranquilas pueden ser inadecuadas durante un 2

3 sismo. Sin prohibiciones rígidas, el Código promueve el uso de estructuras sanas en su concepción sismo-resistente. Es frecuente que los códigos sísmicos sean aplicables únicamente a edificios y otras estructuras de características estructurales similares como chimeneas, torres, etc. La versión 1974 era, supuestamente, aplicable a todo tipo de estructuras. Sin embargo, en la práctica, casi todas sus recomendaciones se referían a edificios ya que para estructuras especiales sólo se hacía referencia al Método 3 de Análisis. La organización de la nueva versión es radicalmente diferente. El Código está dividido en Secciones que comprenden grandes temas y que a su vez se dividen en capítulos. La Primera Sección, titulada Consideraciones Generales para el Diseño Sismo-Resistente comprende únicamente dos capítulos. El primero contiene aspectos del diseño sísmico que son aplicables a todas las estructuras. Se definen la filosofía del diseño, las condiciones generales que deberán ser satisfechas en ausencia, o como alternativa, de requisitos específicos de las secciones siguientes, la participación de los distintos componentes del sismo y otros aspectos de similar naturaleza. El segundo capítulo se refiere a la zonificación sísmica y presenta mapas de isoaceleraciones para diferentes períodos de retorno y criterios para la definición de esos períodos con base en la capacidad de deformarse inelásticamente y a la importancia de las estructuras. La Segunda Sección corresponde a Análisis, Diseño e Inspección de Edificios y está dividida en diecisiete capítulos. Los primeros dos se refieren a aspectos generales, los ocho siguientes al análisis, cinco a consideraciones de diseño y los últimos dos a aspectos de remodelaciones y reparaciones y de inspección. Existe una Tercera Sección, Vivienda de Uno y Dos Pisos, que fue elaborada y publicada con anterioridad. Esta Sección deberá sufrir cambios menores, entre otras razones, para adaptarse a la nueva numeración de capítulos de la Primera y Segunda Sección. Es por lo anterior que no se publica en esta oportunidad. En un futuro también se publicarán secciones adicionales para grupos de estructuras que por su importancia y número requieren de una normativa sismo-resistente específica, tales como puentes, instalaciones industriales, tanques de almacenamiento, etc. La organización en Secciones le da al Código dinamismo y flexibilidad al permitirle efectuar reformas y revisiones parciales en algún artículo o capítulo e inclusive en alguna Sección, sin afectar el contenido del resto del Código. Es por esta razón que las páginas no aparecen numeradas, pues con relativa frecuencia algunas de ellas podrán ser sustituidas por nuevas redacciones que contengan conocimientos más actualizados, las cuales alterarían la numeración original. Por esta razón es que la publicación se ha hecho en hojas sueltas perforadas, que son fácilmente intercambiables. Jorge A. Gutiérrez 3

4 SECCIÓN 1. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO SISMO!RESISTENTE Capítulo 1.1 Capítulo 1.2 REQUISITOS GENERALES ZONIFICACION SISMICA 4

5 Capítulo 1.1. REQUISITOS GENERALES Este Código Sísmico establece los requisitos mínimos para el análisis, diseño y construcción de estructuras sismo-resistentes Es objetivo de este Código Sísmico procurar que toda estructura y cada una de sus partes sea proyectada, diseñada y construida de manera que: a) Resista sismos menores sin ningún daño. b) Resista sismos moderados sin daños estructurales, admitiéndose algunos daños no estructurales. c) Resista sismos fuertes sin colapso; admitiéndose algún daño estructural, reparable en lo posible Definiciones Generales Análisis Modal. Es el análisis de sistemas elástico-lineales que se efectúa desacoplando las ecuaciones dinámicas de la estructura, con base en las propiedades de ortogonalidad de los modos de oscilación. La respuesta final se expresa como combinación de los valores correspondientes a cada modo. Análisis No Lineal. Es el análisis de estructuras con relaciones fuerza-desplazamiento no lineales. Dado que el principio de superposición de fuerzas y efectos no es aplicable, no se puede utilizar un análisis modal. Coeficiente Sísmico. Es un coeficiente que se deriva de un espectro de respuesta para efectos de diseño. Para sistemas linealmente elásticos este coeficiente es el valor obtenido del espectro de seudo-aceleraciones expresado como fracción de la gravedad. Documentos de Diseño. Son los planos, especificaciones, memorias de cálculo, informes, certificaciones y cualquier otro documento necesario para verificar el cumplimiento de las disposiciones de este Código. Ductilidad (µ). Es el cociente entre el desplazamiento último y el valor correspondiente al límite elástico. Espectro de Respuesta. Es una función que representa el valor máximo de la respuesta de un sistema oscilatorio de un grado de libertad. Sus valores son función de la excitación sísmica, de las relaciones fuerza-deformación del sistema y de su capacidad de disipar energía. Espectro de Seudo-Aceleraciones. Es el espectro de respuesta que se obtiene multiplicando el espectro de desplazamientos por el cuadrado de la frecuencia del sistema. Sus valores numéricos, para excitaciones sísmicas, son muy similares a los del espectro de aceleraciones, lo cual da origen a su nombre. 5

6 Factor de Amplificación Dinámica (FAD). Es el coeficiente sísmico dividido por la aceleración máxima del terreno, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad. Representa la amplificación que experimenta el sistema durante la excitación sísmica, en virtud de sus características dinámicas. Factor de Reducción (R). Es un factor que reduce la aceleración máxima del terreno, obtenida de los mapas de isoaceleración, para estimar el promedio espacial de la aceleración efectiva que ocurre en la base de la estructura. Modo Fundamental (o Primer Modo). Es el modo de oscilación correspondiente al período fundamental. Modos de Oscilación. Son configuraciones geométricas de la estructura en las cuales ésta puede oscilar armónicamente, en el rango elástico, en ausencia de cargas externas. Los modos de oscilación son linealmente indepedientes y ortogonales con respecto a las propiedades de inercia y rigidez de la estructura. Existen tantos modos como grados de libertad en el sistema. Por ser linealmente independientes, permiten expresar cualquier configuración como combinación lineal de los mismos. Período Fundamental. Es el período natural de mayor valor. Períodos o Frecuencias Naturales. Son los períodos y frecuencias asociados con los modos de oscilación en el rango elástico El diseño sismo-resistente es un diseño gobernado por desplazamientos y deformaciones internas, pues los daños estructurales están determinados por éstos. Es aceptable tolerar deformaciones internas que excedan el rango elástico de los materiales, siempre que se tomen las medidas necesarias para evitar pérdidas sensibles en la resistencia de los elementos o de la estructura en conjunto Para procurar los objetivos del diseño sismo-resistente, el código agrupa en varias secciones las recomendaciones específicas para clases comunes de estructuras. Aquellas estructuras de clases no incluidas en estas Secciones deberán ser objeto de un estudio especial. Este estudio variará en amplitud y contenido de acuerdo con la importancia y complejidad de la estructura en consideración. También podrán ser objeto de estudios especiales aquellas estructuras comprendidas en alguna sección específica de este Código. Sin embargo, en estos casos deberá demostrarse, inequívocamente, que la capacidad sismo-resistente resultante es adecuada para el nivel de intensidades sísmicas que le correspondería si se hubieran utilizado las recomendaciones de la Sección específica correspondiente Para estructuras importantes, es necesario considerar aspectos de sismicidad y condiciones locales del suelo en la definición de la solicitación sísmica. Esta solicitación podrá representarse por coeficientes sísmicos que incorporen, si es del caso, las propiedades de deformación inelástica de la estructura. Alternativamente, podrá utilizarse una familia de por lo 6

7 menos tres acelerogramas, generados artificialmente, o de registros históricos independientes, que reflejen las características de intensidad y contenido de frecuencias de la solicitación esperada en el sitio. El análisis para estas solicitaciones deberá considerar el comportamiento no lineal de la estructura, a menos que se defina que los esfuerzos admisibles deberán permanecer dentro del rango elástico Toda estructura deberá ser diseñada para solicitaciones sísmicas horizontales en sus dos direcciones principales o en sus direcciones ortogonales más desfavorables. El análisis en cada dirección deberá realizarse en forma independiente. Las solicitaciones sísmicas se tomarán como la suma vectorial de los efectos en una dirección y un 30 % de los efectos en la otra, debiendo efectuarse este proceso en las dos direcciones, salvo lo indicado en el artículo Para estructuras cuya flexibilidad vertical sea significativa, deberá considerarse el efecto de la excitación en esa dirección. En ausencia de estudios específicos, la intensidad del movimiento vertical se tomará como b de la intensidad del movimiento horizontal. Un 30 % del efecto vertical deberá superponerse a las solicitaciones sísmicas horizontales del artículo anterior. Además, si la respuesta vertical fuese predominante, deberá combinarse el efecto vertical con un 30 % de los efectos en las dos direcciones horizontales Deberá evitarse la construcción de estructuras sobre sitios en los que exista riesgo de asentamientos excesivos, licuación, deslizamientos o cualquier otro factor que ponga en peligro su estabilidad, a menos que se demuestre que su efecto ha sido considerado y está bajo control No se permitirá construir nuevas estructuras situadas a menos de 50 m de fallas geológicas sísmicamente activas. En el caso de líneas vitales de infraestructura, tales como carreteras, túneles, líneas de transmisión eléctrica, tuberías de conducción, etc., que deben atravesar fallas geológicas, deberán tomarse las precauciones del caso para permitir desplazamientos de las fallas sin interrupciones prolongadas de los servicios prestados por las líneas vitales Durante el proceso constructivo, toda estructura deberá ser capaz de resistir sismos de intensidad tal que la probabilidad de excedencia, en ese período, no exceda el valor de dicha probabilidad durante la vida útil de la estructura terminada. En ausencia de cálculos más refinados, las fuerzas sísmicas para el período de construcción podrán suponerse como las de una estructura Tipo 5, con una aceleración máxima del terreno igual a un 20% del valor utilizado en el diseño definitivo. 7

8 Capítulo 1.2. ZONIFICACION SISMICA Las figuras a resumen la zonificación sísmica del país por medio de curvas de isoaceleración, correspondientes a valores máximos probables para períodos de retorno de 50, 100, 500 y 1000 años. Para determinar la aceleración máxima probable, en sitios colocados entre curvas, bastará una interpolación lineal. Para diferentes períodos de retorno se hará una interpolación lineal entre las aceleraciones y los logaritmos decimales del período de retorno. Para calcular la aceleración efectiva que ocurre en la base de la estructura se multiplicarán las aceleraciones máximas probables, obtenidas de los mapas mencionados, por el Factor de Reducción R = El período de retorno, en años, es el inverso de la probabilidad de excedencia de un evento determinado en un año cualquiera. El período de retorno para el cual debe diseñarse una estructura específica depende de su vida útil y de la probabilidad de excedencia que se considera aceptable para el evento durante esa vida útil. Su valor numérico está dado por: 1 PR = 1 1 PE ( ) 1 donde: PR = Período de retorno para el cual debe ser diseñada la estructura, en años. N N = Vida útil de la estructura, en años PE = Probabilidad de que el evento para el cual se diseña sea excedido durante la vida útil de la estructura La probabilidad de excedencia (PE) que se seleccione para cada estructura está relacionada con la importancia de ésta, con su grado de vulnerabilidad a intensidades sísmicas que excedan los valores de diseño y el impacto socioeconómico que su posible colapso causaría. La tabla constituye una guía para la clasificación de diversos tipos de estructuras. 8

9 TABLA Probabilidades de excedencia recomendadas Capacidad para resistir deformaciones inelásticas NINGUNA ( µ = 1) POCA ( 1< µ 3. 5 ) ADECUADA ( µ > 3.5) Importancia de las estructuras Muy grande Grande Usual Poca.05 B B B B B B B B B B B B.75 NOTA: Para efectos de ilustración y guía, se presentan algunos ejemplos de importancia en estructuras: Muy grande: Grande: Usual: Poca: Represa y tanque de oscilación de un gran proyecto hidroeléctrico, contenedor de un reactor nuclear. Puente de una carretera muy importante, puerto principal, hospital, tanque de gran capacidad para almacenamiento de combustibles. La mayoría de los edificios y puentes. Construcciones rurales, puentes de caminos de penetración, estructuras provisionales. 9

10 Figura Mapa de isoaceleraciones a max para 50 años de período de retorno, en % de g. 10

11 Figura Mapa de isoaceleraciones a max para 100 años de período de retorno, en % de g. 11

12 Figura Mapa de isoaceleraciones a max para 500 años de período de retorno, en % de g. 12

13 Figura Mapa de isoaceleraciones a max para 1000 años de período de retorno, en % de g. 13

14 SECCION 2. ANALISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCIONES DE EDIFICIOS Capítulo 2.1 Capítulo 2.2. Capítulo 2.3 Capítulo 2.4 Capítulo 2.5 Capítulo 2.6 Capítulo 2.7 Capítulo 2.8 Capítulo 2.9 Capítulo 2.10 Capítulo 2.11 Capítulo 2.12 Capítulo 2.13 Capítulo 2.14 Capítulo 2.15 Capítulo 2.16 Capítulo 2.17 REQUISITOS GENERALES SITIOS DE CIMENTACION CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS COEFICIENTE SISMICO CARGAS Y FACTORES DE PARTICIPACION METODO ESTATICO METODO DINAMICO DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONES REQUISITOS PARA LA CIMENTACION SISTEMAS Y COMPONENTES REQUISITOS PARA CONCRETO REFORZADO REQUISITOS PARA MAMPOSTERIA REQUISITOS PARA ACERO REQUISITOS PARA MADERA EDIFICIOS Y COMPONENTES PREFABRICADOS REMODELACIONES, REPARACIONES E INSTRUMENTACION REQUISITOS PARA DOCUMENTOS DE DISEÑO, INSPECCION Y CONSTRUCCION 14

15 Capítulo 2.1. REQUISITOS GENERALES Los requisitos de esta Sección reglamentan los procedimientos para el análisis, diseño y construcción de edificios y sus componentes Independientemente del grado de refinamiento en el análisis y diseño o de la calidad de construcción, es necesario procurar que los edificios estén bien proyectados en el aspecto estructural, incluida la adopción de condiciones de simetría y una selección cuidadosa de materiales y métodos constructivos Definiciones Específicas Amarre Suplementario. En estructuras de concreto reforzado es un amarre de barras m 3 o mayores, transversal al refuerzo principal, con dobleces de 135E y extensiones mínimas de diez diámetros en sus extremos, que suplementa los aros de confinamiento del refuerzo longitudinal. Aro de Confinamiento. En estructuras de concreto reforzado, es un estribo de amarre o espiral, fabricado con barras m 3 o mayores, que confina el refuerzo longitudinal con dobleces típicos de 135E y extensión mínima de 10 diámetros en cada extremo. Capacidad Resistente. Es la resistencia última, del edificio o de algún sistema resistente, calculada tomando en cuenta todos los elementos, estructurales o no estructurales, que contribuyen a la misma. Carga de Trabajo. Es la resultante de una combinación de cargas probables en condiciones normales de servicio, que el edificio debe ser capaz de resistir con sus elementos estructurales esforzados a valores admisibles, sensiblemente inferiores a su capacidad real. Carga Permanente. Es la carga gravitacional debida al peso de todos los componentes estructurales, así como de los sistemas y componentes no estructurales permanentes, tales como paredes, pisos, techos, equipos de servicio fijos. Carga Sísmica. Para efectos del diseño, es la carga causada por la solicitación sísmica. Carga Temporal. Es la carga gravitacional adicional a la carga permanente, debida a la ocupación del edificio. Carga Última. Es la resultante de una combinación extrema de cargas que el edificio deberá ser capaz de resistir con sus elementos estructurales esforzados al límite de su capacidad. Centro de Masa. Es el punto geométrico de un nivel donde se localiza la resultante de las fuerzas gravitacionales para obtener un sistema estáticamente equivalente. 15

16 Centro de Rigidez. Es el punto geométrico de un nivel en el cual la aplicación de una fuerza horizontal produce sólo traslación sin rotación de la masa que le está asociada, cuando se impiden los desplazamientos de los demás niveles. Componente. Es cualquier parte de los sistemas arquitectónico, eléctrico, mecánico o estructural. Concreto Confinado. Es el concreto reforzado cuyo refuerzo longitudinal está confinado por aros y amarres suplementarios espaciados de tal manera que restrinjan en forma efectiva la expansión del concreto en las direcciones transversales del elemento. Diafragma. Es un sistema estructural ubicado en un plano horizontal, o casi horizontal, diseñado para transmitir fuerzas gravitacionales y sísmicas a los sistemas resistentes. Excentricidad. Es la distancia horizontal entre el centro de rigidez y el centro de masa de un nivel. Fuerzas Sísmicas. Son fuerzas estáticas externas para propósitos de diseño, capaces de reproducir los valores extremos de los desplazamientos y las acciones internas causados por la solicitación sísmica que actúa en la base del edificio. Marco Arriostrado. Es un sistema resistente con arriostres diagonales que hacen que sus elementos estén sometidos principalmente a deformaciones axiales. Marco Dúctil. Es un sistema resistente formado por un marco rígido con sus elementos y uniones diseñados y construidos de manera que puedan sufrir deformaciones inelásticas, de naturaleza cíclica y reversible, sin pérdida sensible de su resistencia. Marco Rígido. Es un sistema estructural formado exclusivamente por elementos cuyas dimensiones transversales son pequeñas comparadas con su longitud, unidos rígidamente en las uniones y que resiste las cargas deformándose fundamentalmente en flexión. Momentos Sísmicos Torsionantes. En edificios con excentricidades significativas en sus niveles, son los momentos torsionantes estáticos que, para propósitos de diseño, deben aplicarse en adición a las fuerzas sísmicas, para reproducir los valores extremos de los desplazamientos y de las acciones internas, causados por la excitación sísmica que actúa en la base del edificio. Muro. Es un componente, usualmente en un plano vertical, utilizado arquitectónicamente para separar o encerrar espacios o estructuralmente para resistir cargas gravitacionales o fuerzas sísmicas. Por lo menos una de sus dimensiones horizontales debe ser significativa en relación con las alturas entre los niveles en los que está localizado. Muro de Carga. Es un muro que soporta cargas verticales adicionales a su propio peso. Muros de Mamportería Confinada. Son muros compuestos, formados por piezas de 16

17 mampostería con vigas y columnas de concreto reforzado colocadas en la periferia, que actúan de manera integral con la mampostería y la confinan en el plano del muro. También se les conoce como marcos rellenos. Muros de Mampostería con Refuerzo Integral. Son muros formados por piezas huecas de mampostería con acero de refuerzo vertical y horizontal y relleno de concreto en todas las celdas o en aquellas que contienen el refuerzo vertical. Muro Estructural. Es un muro, de carga o no cargado, diseñado y construido para resistir fuerzas horizontales. Muro Estructural Dúctil. Es un muro estructural diseñado y construido de manera que pueda sufrir deformaciones inelásticas de naturaleza cíclica y reversible sin pérdida de su resistencia. Muro no Cargado. Es un muro que no soporta cargas verticales adicionales a su propio peso. Nivel. Es el plano horizontal en el cual, para efectos de cálculo, se supone concentrada la masa del entrepiso. Nivel de Base. Es el nivel en el que se supone que actúa la excitación sísmica del terreno. Núcleo de Unión. En marcos rígidos es la parte de una columna comprendida en la altura de las vigas que se unen en un nudo. Piso. Es el espacio comprendido entre un nivel y el nivel superior adyacente. Rótula Plástica. Es una región de un elemento estructural en flexión o flexo-compresión, donde es posible alcanzar rotaciones inelásticas cíclicas de magnitud significativa sin pérdida sensible de la capacidad última de la sección. Sistemas Resistentes. Son los sistemas estructurales de un edificio cuya función principal es resistir las fuerzas sísmicas de cada nivel y transmitirlas a la base Todo edificio deberá contar con diafragmas y sistemas resistentes, de resistencia, rigidez y ductilidad apropiadas, capaces de transmitir todas las fuerzas, a través de una o más trayectorias continuas, desde el punto de aplicación hasta los cimientos de la estructura En el análisis de edificios, para el cálculo de desplazamientos y acciones internas, se tomarán en cuenta los desplazamientos horizontales de los sistemas resistentes en cada nivel y las rotaciones en todas las uniones rígidas. Los desplazamientos verticales de las uniones, por deformación axial de muros y columnas, deberán tomarse en cuenta cuando su efecto incida significativamente en las fuerzas internas y en los desplazamientos horizontales Las losas de entrepiso, siempre y cuando posean la rigidez y resistencia adecuadas, podrán suponerse como diafragmas infinitamente rígidos en su plano, capaces de transmitir 17

18 horizontalmente las fuerzas sísmicas desde su punto de aplicación hasta los sistemas resistentes. Deberá verificarse la capacidad de las losas para transmitir estas fuerzas En edificios cuyos sistemas resistentes sean todos paralelos u ortogonales entre sí, podrá omitirse el requisito del artículo para el cálculo de los momentos en vigas, columnas, muros y placas de fundación, admitiéndose el considerarlos en forma independiente en cada dirección ortogonal Deberá prestarse particular atención a las modificaciones a la rigidez de la estructura que pueda resultar de escaleras, rampas u otro tipo de elementos estructurales que vinculen diferentes niveles del edificio. 18

19 Capítulo 2.2. SITIOS DE CIMENTACION Para considerar el efecto de las condiciones locales del suelo en el coeficiente sísmico y en ausencia de estudios más refinados de amplificación dinámica del sitio en consideración, se establece la siguiente clasificación: a) Perfiles Rocosos: Son aquellos compuestos por roca de cualquier característica, lo cual deberá comprobarse con estudios geológicos adecuados. En general, quedará incluido dentro de esta categoría cualquier material cuya velocidad promedio de propagación de ondas de corte exceda 750 m/seg. b) Perfiles de Suelo Firme: Son aquellos formados por depósitos estables de arenas densas, gravas, arcillas duras, o combinaciones de estos materiales. c) Perfiles de Suelo Blando: Son perfiles formados por depósitos que contienen estratos de arenas y arcillas que varían de blandas hasta de dureza media cuyo espesor total exceda los 10 metros de profundidad Aquellos sitios en que no fuera posible efectuar esta clasificación, por falta de información o por presentar perfiles no ajustables a las características anteriores, se clasificarán como perfiles de suelo blando Deberá evaluarse el potencial de licuación cuando se presenten capas saturadas de arena fina o arena limosa, de más de quince metros de espesor, en las cuales más del 50% o de sus granos tengan dimensiones menores que 2 mm y la densidad relativa (D r ) sea del orden del 30B40%. Si se determina que hay potencial para licuación deberá sustituirse el material o, en su lugar, el edificio deberá fundarse más abajo de esas capas Para analizar la estabilidad de pendientes de suelos en sitios con edificaciones, deberá considerarse una fuerza horizontal distribuida igual al peso unitario de la masa deslizante multiplicado por 1.1 veces la aceleración máxima probable en el sitio, expresada como fracción de la gravedad y actuando en el sentido más desfavorable. 19

20 Capítulo 2.3. CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS Clasificación según el uso GRUPO A. Edificios cuya falla puede significar cuantiosas pérdidas humanas o económicas o cuyo funcionamiento es vital cuando se presentan condiciones de emergencia. Este grupo incluye entre otras estructuras: a) Hospitales y otros centros médicos que presten servicios de cirugía y tratamientos de emergencia. b) Estaciones de bomberos c) Cárceles de máxima seguridad. d) Edificios que contengan objetos de valor excepcional, tales como museos, bibliotecas, archivos. e) Centros importantes de transporte y comunicación, tales como terminales de aeropuerto, estaciones de ferrocarril, edificios de telecomunicaciones y correos. f) Centros de bombeo y depósitos de almacenamiento de aguas y combustibles líquidos. g) Instalaciones industriales con depósitos de materiales tóxicos explosivos. Centros que utilicen material radiactivo. h) Casas de máquinas y estructuras afines en plantas generadoras de electricidad cuya operación sea esencial para satisfacer la demanda de carga del sistema nacional interconectado. GRUPO B. Edificios no clasificados en el Grupo A: a) Edificios para habitación privada o pública, como hoteles, apartamentos, condominios, etc. b) Centros de trabajo, como oficinas privadas ó públicas, gasolineras, restaurantes, etc. c) Centros de enseñanza. d) Edificios industriales no incluidos en el grupo A, bodegas o instalaciones de 20

21 almacenamiento. e) Otras instalaciones no incluidas en el Grupo A que almacenan bienes o equipos costosos. f) Estructuras cuya falla pueda poner en peligro otros edificios de este grupo o del Grupo A. GRUPO C. Construcciones aisladas o provisionales no destinadas a la habitación o el uso público, no clasificables en los Grupos A o B cuya falla no ponga en peligro estructuras de los otros grupos, tales como cobertizos, lecherías, construcciones rurales, obras de carácter no permanente, etc De acuerdo con la anterior clasificación, se recomienda la vida económica útil, según la importancia de la obra y las probabilidades de excedencia para edificios, obteniéndose los siguientes períodos de retorno en años para los cuales debe ser diseñada la estructura, calculados mediante la fórmula del artículo 1.2.2: Grupo Vida Económica Util (años) Probabilidad de Excedencia Período de Retorno (años) A B C En casos debidamente justificados así como para la estructura durante el proceso constructivo, podrá modificarse la vida económica útil y la probabilidad de excedencia previamente recomendada Clasificación según la Forma Estructural TIPO 1 Edificios regulares en planta y en altura, conforme al artículo 2.3.5, y 2.3.6, capaces de resistir el 100% de las fuerzas sísmicas de todos los niveles por medio de marcos dúctiles de acero o concreto reforzado, que cumplan los requisitos de diseño generales y específicos de estructuras Tipo 1 de los Capítulos 2.11 y Los entrepisos deberán ser analizados, diseñados y construidos como diafragmas rígidos, capaces de distribuir las cargas sísmicas entre los marcos de acuerdo con sus rigideces. TIPO 2 Edificios regulares en planta y en altura, conforme al artículo 2.3.5, y 2.3.6, capaces de resistir el 100% de las fuerzas sísmicas por la acción combinada de marcos dúctiles y sistemas resistentes de mayor rigidez, sean éstos muros estructurales dúctiles de concreto o marcos arriostrados de concreto o acero. Los marcos, muros y marcos arriostrados, deberán cumplir los requisitos de 21

22 diseño generales y específicos de estructuras Tipo 2 de los Capítulos 2.11 y Los entrepisos deberán ser analizados, diseñados y construidos como diafragmas rígidos, capaces de distribuir las fuerzas sísmicas entre los sistemas resistentes de acuerdo con sus rigideces. TIPO 3 Edificios de concreto reforzado, acero, mampostería, o madera, capaces de resistir el 100% de las fuerzas sísmicas a base de marcos, muros estructurales, marcos arriostrados o muros de mampostería confinada, actuando en forma independiente o combinada, y que cumplan los requisitos de diseño generales y específicos de estructuras Tipo 3 de los Capítulos 2.11, 2.12, 2.13, 2.14, y Los entrepisos podrán analizarse, diseñarse y construirse como diafragmas rígidos capaces de distribuir las fuerzas sísmicas entre los muros de acuerdo con sus rigideces. En ausencia de diafragmas rígidos, cada uno de los sistemas resistentes deberá resistir el 100% de las fuerzas sísmicas correspondientes a su carga tributaria. TIPO 4 Edificios tipo cajón cuyo sistema sismo-resistente está formado por muros estructurales de concreto reforzado, mampostería confinada, mampostería con refuerzo integral, marcos arriostrados de acero o madera, capaces de resistir el 100% de las fuerzas sísmicas y que cumplan los requisitos de diseño generales y específicos para estructuras Tipo 4 de los Capítulos 2.11, 2.12, 2.13, 2.14 y Los entrepisos podrán analizarse, diseñarse y construirse como diafragmas rígidos capaces de distribuir las fuerzas sísmicas entre los muros de acuerdo con sus rigideces. En ausencia de diafragmas rígidos, cada uno de los muros deberá resistir el 100% de las fuerzas sísmicas correspondientes a su carga tributaria. TIPO 5 Pertenecen al Tipo 5 los siguientes tipos de estructuras: a) Edificios de una planta y estructuras afines, tales como tanques elevados o chimeneas, que resisten las fuerzas sísmicas con una o varias columnas que actúan esencialmente como voladizos aislados, libres o articulados en su extremo superior y empotrados en la base. b) Edificios cuyo sistema sismo-resistente consiste en marcos rígidos formados por elementos prefabricados que no tengan secciones capaces de deformarse inelásticamente. c) Edificios que contengan sistemas resistentes o materiales diferentes a los explicítamente mencionados en los Tipos 1 a 4, o que no cumplan todos los requisitos de diseño específicos para éstos, a menos que los documentos de diseño contengan los estudios correspondientes que justifiquen inequívocamente otra clasificación Cada estructura tendrá, en una determinada dirección, un único tipo estructural definido por la condición más desfavorable en esa dirección, sin embargo podrá pertenecer a tipos 22

23 estructurales diferentes en cada una de sus dos direcciones ortogonales Se considera que un edificio de varios pisos es regular en altura cuando satisface los cinco requisitos siguientes: a) Todos los sistemas resistentes serán continuos desde la cimentación hasta el nivel superior. b) El peso de los entrepisos, calculado para efectos de determinar las fuerzas sísmicas según el artículo 2.8.5, no podrá diferir en más de un 15% de los pesos de entrepisos adyacentes. Quedan exentos de este requisito el techo o nivel superior de peso menor al del entrepiso adyacente y cualquier entrepiso colocado en una altura inferior al 20% de la altura del edificio. c) Para cada sistema resistente, la rigidez de traslación horizontal correspondiente a cada piso deberá valer entre el 50 y el 100% de la rigidez del piso inferior adyacente. Para estos efectos la rigidez de un piso podrá calcularse suponiendo que los elementos verticales de ese piso están empotrados en sus uniones superior e inferior. Para pisos que contengan mezzanines o niveles interumpidos, el cálculo de su rigidez se hará para la altura total del piso, con la debida consideración de los efectos del mezzanine o nivel interrumpido, en las columnas o muros que estén ligados a él. d) La altura de pisos, con excepción del primero, no podrá diferir en más de un 20% de las alturas de pisos adyacentes. e) La proyección, en un plano horizontal, de los centros de masa de todos los niveles estará circunscrita por un rectángulo de dimensiones iguales a un 10% de las máximas dimensiones del edificio en cada dirección ortogonal. Igual restricción deberán satisfacer las proyecciones de los centros de rigidez Se considerará que un edificio es regular en planta cuando satisface los dos requisitos siguientes: a) En cada nivel i, la excentricidad en cada una de las direcciones ortogonales x y y no excede en más de un 5% la dimensión de la planta en la respectiva dirección. e xi D xi 0.05 y e yi D yi 0.05 donde: e xi, e yi = Componentes de la excentricidad en el nivel i, en las direcciones x y y, respectivamente. D xi, D yi = Dimensiones en planta en las direcciones x y y del nivel i. Los valores e xi, e yi se deberán calcular de la siguiente forma: 23

24 e xi = 1 K yi 3 j (k j yi x j), e yi = 1 K xi 3 j (k j xi y j) donde: K xi = 3 k j j xi K yi = 3 j k j yi k j xi, k j yi x j, y j = Rigidez de traslación del nivel i en la dirección x. = Rigidez de traslación del nivel i en la dirección y. = Rigidez en las direcciones x, y, de los elementos resistentes verticales j que llegan al nivel i. Deberán considerarse todos los elementos verticales (columnas, muros) que vinculan el nivel i con los niveles inferior y superior. El cálculo de estas rigideces puede hacerse suponiendo al elemento empotrado en sus extremos. = Componentes, en las direcciones x, y, de la distancia del centro de masa al elemento resistente j. b) En cada nivel i se cumplen las relaciones: donde: K θi K xi r 2 ci 2, K θi K yi r 2 ci 2 r 2 ci = I ci M i = Radio de giro del nivel i con respecto a su centro de masa. M i = Masa del nivel i. Corresponde al peso W i que se define en el artículo 2.5.5, dividido por la gravedad. I ci = Momento polar de inercia del nivel i con respecto a su centro de masa. En su cálculo se considerarán las masas en la forma indicada en el artículo K θi = 3 j [k j θi + (k j xi y2 j + k j yi x2 j )] = Rigidez de rotación con respecto al centro de masa en el nivel i. k j θi = Rigidez de rotación en torsión de los elementos verticales resistentes j que llegan al nivel i Se considerarán inaceptables los edificios con excentricidades superiores al 30% de la dimensión en planta, en cualquiera de las direcciones principales. 24

25 Capítulo 2.4. COEFICIENTE SISMICO El coeficiente sísmico C se obtendrá a partir de la clasificación del sitio de cimentación, del tipo estructural y de la localización geográfica, por medio de la ecuación. C = RamaxFAD donde: R a max FAD Factor de reducción, que multiplica la aceleración máxima del terreno (a max ), para estimar el promedio espacial de la aceleración efectiva que ocurre en la base de la estructura. Para todos los casos: R = Aceleración máxima esperada en el sitio, expresada como fracción de la gravedad, obtenida de los mapas de isoaceleración, directamente o por medio de interpolación lineal, considerando el período de retorno para el cual debe ser diseñada la estructura, según el Capítulo 1.2 y el artículo Factor de Amplificación Dinámica, correspondiente al período natural de vibración T de la estructura, al sitio de cimentación y al tipo estructural, según figuras 2.4.1, y El tipo estructural incluye las propiedades de ductilidad y amortiguamiento señalados en la tabla 2.4.1, no permitiéndose reducciones adicionales por estos conceptos. TABLA Valores de ductilidad y amortiguamiento para los tipos estructurales. TIPO DUCTILIDAD µ AMORTIGUAMIENTO

26 PERFIL ROCOSO 10 Factor de Amplificación Dinámica Período T (seg) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Figura Factor de Amplificación Dinámica (FAD), para perfil rocoso. 26

27 PERFIL DE SUELO FIRME 10 Factor de Amplificación Dinámica Período T (seg) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Figura Factor de Amplificación Dinámica (FAD), para perfil de suelo firme. 27

28 PERFIL DE SUELO BLANDO 10 Factor de Amplificación Dinámica Período T (seg) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Figura Factor de Amplificación Dinámica (FAD), para perfil de suelo blando. 28

29 Capítulo 2.5. CARGAS Y FACTORES DE PARTICIPACION Los valores de carga permanente, para la determinación de las fuerzas sísmicas, serán los mismos valores definidos para el cálculo de fuerzas gravitacionales La carga permanente deberá incluir: a) Los pesos propios de elementos constructivos, sean éstos estructurales o no estructurales, tales como las vigas, columnas, muros, particiones livianas, techos, etc. b) Los pesos de sistemas y componentes arquitectónicos, eléctricos y mecánicos, unidos a la estructura de manera que resistan las fuerzas especificadas en los artículos y c) El peso de los líquidos contenidos en depósitos, suponiendo el depósito lleno, a menos que un cálculo más detallado considere los efectos de la masa de agua oscilante en el depósito En cada nivel deberá considerarse la distribución en planta de la carga permanente a fin de calcular su centro de masa. Para este efecto deberá incluirse la mitad de la masa de las columnas, paredes y elementos verticales de los pisos inmediatamente inferior y superior a ese nivel Los valores de cargas temporales, para efectos gravitacionales, estarán dados por la tabla Para la determinación de la carga sísmica, el peso de cada nivel será el peso de la carga permanente más una fracción de la carga temporal calculada de la siguiente manera: a) Bodegas: ξ = 0.25 b) Edificios de uso general: ξ = 0.15 c) Azoteas, marquesinas y techos: ξ = 0 Estos valores representan fracciones mínimas, por lo que deberán considerarse todas aquellas condiciones particulares que hagan necesario incrementarlas Participación de las diferentes acciones Cada elemento de la estructura, y ésta como unidad, deberá tener capacidad para resistir las siguientes combinaciones de cargas: 29

30 a) Diseño con el Método de Resistencia Ultima. CU = 1.4 CP CT CU = 0.75 (1.4 CP CT) " CS CU = 0.95 CP " CS Para estructuras hipestáticas de concreto preesforzado, deberán añadirse los efectos de la redundante de la postensión (EP), multiplicados por 1.1 si el efecto aumenta el resultado de la combinación más desfavorable de las cargas gravitacionales y sísmicas y por 0.90 si lo disminuye. b) Diseño con el Método de Esfuerzos de Trabajo. CW = CP + CT CW = 1.1 (CP + CT) " CS CW = 0.95 CP " CS Para las dos últimas combinaciones, los esfuerzos permisibles podrán incrementarse conforme a las indicaciones específicas de cada material donde: CU = Carga Ultima CW = Carga de Trabajo CP = Carga Permanente CT = Carga Temporal CS = Carga Sísmica En el diseño para carga última (CU), los elementos deberán proporcionase usando métodos de resistencia última con los esfuerzos últimos especificados para el diseño estático, no permitiéndose ningún aumento de los mismos al considerarse la carga sísmica. 30

31 TABLA Sobrecargas mínimas DESTINO DEL PISO SOBRECARGA (kg/m 2 ) Habitación (casas de habitación, apartamentos, viviendas, dormitorios, cuartos de hotel, edificios para internados en escuelas, cuarteles, cárceles, correccionales, hospitales y similares). Oficinas, despachos y laboratorios. 300 Comunicación de uso público para peatones (pasillos, escaleras, rampas, vestíbulos y pasajes de acceso libre al público). Estadios, salones de baile y lugares de espectáculos desprovistos de asientos fijos. 500 Lugares de reunión con asientos fijos (templos, cines, teatros, gimnasios 400 salones de baile, restaurantes, salones de lectura, aulas, salas de juego y similares). Comercios, bodegas y fábricas de mercancía ligera. 500 Comercios, bodegas y fábricas de mercancía con peso intermedio. 650 Comercios, bodegas y fábricas de mercancía pesada. 800 Techos de fibrocemento, láminas de acero galvanizado y otros. 40 Azoteas con pendiente superior a 5 por ciento. 100 Azoteas con pendiente inferior a 5 por ciento. 200 Voladizos en vía pública (marquesinas, balcones y similares). 200 Garajes y aparcamientos (para automóviles exclusivamente). 400 Andamios y cimbras para concreto. 80 NOTA: Las cargas dadas en esta tabla son mínimas por lo que deberán tenerse en cuenta las condiciones reales

32 Capítulo 2.6. METODO ESTATICO Con este Método se representa el efecto del sismo sobre el edificio mediante un conjunto de fuerzas estáticas aplicadas en cada uno de sus niveles. La distribución de estas fuerzas es el resultado de suponer un primer modo de oscilación de forma triangular y despreciar el efecto de los modos superiores Dado el caracter aproximado de este método, su uso queda limitado a estructuras que reúnan las tres características siguientes: a) Edificios regulares en altura, según artículo b) Edificios regulares en planta, según artículo , salvo la excepción indicada en el artículo c) Edificios con un número de pisos no superior a siete o altura máxim sobre el nivel de calle o de acceso no superior a treinta metros Para el análisis de estos edificios se aplicará en el centro de masa de cada nivel i, una fuerza sísmica definida por donde F i = CηhW i i F i = Fuerza sísmica aplicada al nivel i. C = Coeficiente sísmico obtenido según indicaciones del artículo η = Constante definida por N k = 1 η = N k = 1 W i = Peso asignado al nivel i, calculado para efectos sísmicos conforme al artículo h i = Altura del nivel i sobre el nivel de base. N = Número total de pisos del edificio La suma de todas las fuerzas, que representa el cortante V en la base, queda expresada por: V = C N k = 1 N k = 1 Wh k Wh k k k k 2 k Wh k Wh 2 k 2 32

33 Para calcular el coeficiente sísmico C podrá suponerse, inicialmente, un período de vibración dado por: T = T = T = T = 0.12N, para edificios formados exclusivamente por marcos rígidos de acero. 0.10N, para edificos formados exclusivamente por marcos rígidos de concreto. 0.08N, para edificios con sistemas mixtos de marcos rígidos y muros estructurales, pórticos arriostados o muros de mampostería. 0.05N, para edificios formados, exclusivamente, por muros estructurales. donde: T = Período fundamental (en segundos) N = Número total de pisos El edificio deberá ser analizado para las fuerzas sísmicas horizontales definidas por la ecuación del artículo a fin de determinar las acciones internas de los elementos y los desplazamientos elásticos en cada nivel En edificios de concreto reforzado, los elementos tendrán un momento de inercia equivalente I eq definido así: donde: I eq = 1.00 I b para elementos en flexocompresión. I eq = 0.50 I b para elementos en flexión. I b = Momento de inercia de la sección sin agrietar y sin considerar el refuerzo de acero (sección bruta) Aquellos elementos en flexión integrados a una losa de entrepiso de concreto deberán considerarse, en su sección transversal, como viga T con un ancho efectivo de ala igual al utilizado en las específicaciones de diseño Una vez calculados los desplazamientos elásticos deberá recalcularse el período T con base en la ecuación donde: T = 2π N W i i= 1 N g i= 1 e ( δ ) 2 i e δ i = desplazamiento elástico en el nivel i debido a las fuerzas sísmicas horizontales. Si el nuevo período produjera un coeficiente sísmico mayor al estimado inicialmente deberán incrementarse todos los efectos sísmicos en esa proporción. Si, por el contrario, el nuevo 33 Fδ i e i

34 período produce un coeficiente sísmico menor, podrán reducirse los efectos sísmicos en esa proporción, siempre que ésta no sea inferior al 80% En edificios irregulares en planta que no satisfacen el requisito a del artículo 2.3.6, pero que cumplen con el requisito b de ese mismo artículo y los requisitos a y c del artículo 2.6.2, podrá utilizarse el método estático. Para este efecto deberá hacerse un análisis tridimensional que incluya las dos traslaciones horizontales y la rotación en planta de cada nivel. Las fuerzas sísmicas F i calculadas conforme al artículo 2.6.3, deberán aplicarse a una distancia de e i a la derecha y luego a la izquierda del centro de masa de cada nivel. La carga sísmica, para efectos del diseño de cada elemento, será la más crítica de estas dos condiciones. Si en ambas direcciones las excentricidades incumplen la condición a del artículo 2.3.6, el análisis tridimensional deberá hacerse en ambas direcciones Para los edificos comprendidos en el artículo anterior, el período natural T deberá recalcularse con la ecuación. donde: e θ i T = 2π N i= 1 M N i= 1 e e ( δ ) + I ( θ ) 2 2 i i ci i F e e ( δ + θ e ) i i i i = Rotación elástica en planta del nivel i, en radiantes. e δ i = Desplazamiento elástico del centro de masa en la dirección de las fuerzas F i. e = Excentricidad perpendicular a las fuerzas F i. i I ci = Momento polar de inercia del nivel i con respecto al centro de masa, según artículo M = Masa del nivel i, según artículo i Podrán utilizarse las regulaciones descritas en la Sección 3: Viviendas de Uno y Dos Pisos,. en aquellos edificios clasificados según el uso en los grupos B o C y, según la forma estructural, en el Tipo 4 y que presenten las siguientes características: a) La relación de altura a dimensión mínima de la base del edificio no excede 1.5 y su altura no es mayor de dos pisos. b) La relación de ancho a largo de la planta del edificio no es mayor que 2 a menos que, para efectos de análisis sísmico, dicha planta pueda suponerse dividida en tramos independientes cuya relación de largo a ancho satisfaga esa restricción. c) En cada nivel, al menos el 75% de la carga gravitacional es soportada por muros. 34

35 d) En cada una de las dos direcciones ortogonales existen al menos dos muros, localizados uno respecto del otro a más de 50% del ancho del edificio, paralelos o formando un ángulo menor a 20E entre ellos. En el nivel de entrepiso, estos muros estarán ligados por medio de diafragmas rígidos en una longitud mínima del 50% de la dimensión del edificio, medida en las direcciones de dichos muros. Si no secumple con las características previamente descritas la estructura deberá ser analizada conforme a las especificaciones contenidas en esta Sección. 35

36 Capítulo 2.7. METODO DINAMICO Con este método se representa el efecto del sismo sobre el edificio mediante una superposición de conjuntos de fuerzas estáticas aplicadas en cada uno de los niveles. El cálculo de estas fuerzas se realiza mediante un análisis modal que toma en cuenta las características dinámicas de la estructura, considerada ésta como un sistema elástico-lineal Para edificios regulares en planta, el método dinámico equivale a la aplicación, para cada modo j, del conjunto de fuerzas estáticas siguientes donde F = Cηφ W * i, j j j i, j i F i, j = Fuerza sísmica en el nivel i correspondiente al modo de oscilación j. W i = según fue definido en el artículo C j = Coeficiente sísmico obtenido, según indicaciones del artículo 2.4.1, para el período natural T j correspondiente al modo j. = Constante para cada modo j, definida por: η j * η = N * k = 1 j N k = 1 W φ k W φ φ i, j = valor en el nivel i del modo de oscilación j (con el signo incluido) Para edificios regulares en planta, los desplazamientos elásticos correspondientes al modo j estarán dados por 2 * e gc jtjηφ j i, j δ i, j= 2 4π donde: T j = Período del edificio en el modo de oscilación j. g = Aceleración de la gravedad Para edificios regulares en planta, el número mínimo de modos de oscilación que deberán ser considerados en el análisis se calculará de la siguiente manera: a) Para edificios de ocho pisos o menos, el número de modos será igual a un cuarto más fracción del número de pisos. b) Para edificios de más de ocho pisos se añadirá un modo de oscilación por cada cinco pisos, o fracción, adicionales. k k, j 2 k, j 36

37 Para edificios irregulares en planta que deban analizarse con el método dinámico, se hará un análisis modal tridimensional que considere el acoplamiento lateral torsional incluidos tres grados de libertad por nivel, dos traslaciones ortogonales y una rotación en planta. En este caso, el número mínimo de modos que deberá ser considerado será tres veces el valor calculado en el artículo Para el cálculo de los momentos de inercia de las secciones transversales de los elementos se aplicará, en lo pertinente, lo estipulado en los artículos y Para determinar los efectos de la carga sísmica CS se procederá de la siguiente forma: a) Para cada modo significativo de oscilación se determinarán las acciones internas (momentos de flexión, fuerzas axiales, fuerzas cortantes y momentos de torsión) en los elementos, así como los desplazamientos horizontales en cada nivel, los desplazamientos relativos entre los niveles superior e inferior de cada sistema resistente y las reacciones en las fundaciones. b) Si los diferentes períodos de la estructura están bien separados entre sí, los valores obtenidos en cada modo significativo, para acciones internas, desplazamientos absolutos o relativos y reacciones en las fundaciones, serán combinados calculando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores correspondientes a cada modo. donde: S = S = S + S + + S M Valor combinado para diseño, correspondiente a una acción interna, reacción en la fundación, desplazamiento absoluto o desplazamiento relativo. S 1, S 2,... S M Valores obtenidos correspondientes a los modos 1, 2,... M M = Número de modos según artículos o c) Cuando existan períodos de diferentes modos muy próximos entre sí, los valores obtenidos para cada modo significativo deberán combinarse utilizando procedimientos que tomen en cuenta esta condición. 37

38 Capítulo 2.8. DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONES Para cada sistema resistente, los desplazamientos horizontales en los niveles y los desplazamientos relativos entre pisos deberán ser estimados por medio de las siguientes expresiones que consideran las deformaciones, en el rango inelástico, necesarias para absorber y disipar energía. e δ = κδ donde: i = κ i δ i = Desplazamiento inelástico horizontal del nivel i. i = Desplazamiento inelástico relativo de los niveles superior e inferior del piso i. κ = Factor de desplazamiento inelástico dado en la tabla δ, e i = Desplazamientos inelásticos absolutos del nivel i y desplazamiento e i i e i relativo de los niveles superior e inferior del piso i, respectivamente. Estos desplazamientos se calculan conforme a las indicaciones de los capítulos 2.6 ó 2.7, según corresponda. TABLA Factor de desplazamiento inelástico. TIPO DE ESTRUCTURA FACTOR κ Cuando, para la clasificación del tipo estructural, se ha supuesto que los muros y particiones están desligados de los sistemas resistentes, deberá revisarse esta suposición con base en los desplazamientos relativos calculados conforme al artículo El desplazamiento horizontal i de cualquier nivel, con respecto al nivel adyacente inferior, no deberá exceder los valores dados en la tabla 2.8.2, salvo que se cumplan los requisitos del artículo

39 TABLA Límite superor de los desplazamientos relativos i Hi TIPOS DE ESTRUCTURA GRUPO A GRUPOS B Y C a b,c donde: H = h h = Altura entre el nivel inferior y superior del piso i. i i i En edificios de tres pisos o menos de altura, clasificados según su uso en los grupos B y C, donde no haya acabados de comportamiento frágil, los desplazamientos relativos podrán incrementarse en un 30% sobre los valores de la tabla Todas las estructuras deberán estar separadas entre sí, de tal manera que no haya posibilidad de contacto cuando éstas se desplacen una hacia la otra, en la magnitud indicada en el artículo Lo anterior incluye también las partes de un mismo edificio diseñadas para actuar independientemente y separadas por juntas de expansión Los dispositivos de expansión o los materiales de relleno que se empleen en juntas de expansión deberán ser tales que permitan movimientos relativos, que fluyan plásticamente, o que se fracturen antes que las partes estructurales. 39

40 Capítulo 2.9. REQUISITOS PARA LA CIMENTACION En este capítulo se incluyen únicamente aquellos requisitos del diseño de la cimentación relacionados con el diseño sismo-resistente, por lo que deberá cumplirse, además, con todos los requisitos básicos necesarios para soportar las cargas verticales, y las cargas horizontales adicionales a las causadas por movimientos sísmicos. En consecuencia, se supone que se habrán hecho todos los estudios y recomendaciones necesarios sobre rellenos, estabilidad de taludes, empujes horizontales, capacidad soportante del suelo, drenajes, control de asentamientos, capacidad de pilotes, etc Durante un sismo, los elementos y sistemas estructurales de cimentación deberán ser capaces de mantener su capacidad de transmitir cargas verticales y de permitir, a la vez, los procesos de disipación inelástica de energía de la superestructura Los esfuerzos permisibles sobre el sitio de cimentación se determinarán reduciendo la capacidad soportante del suelo con los factores de seguridad de la tabla Las fuerzas verticales y horizontales y los momentos de volteo que produzcan los sistemas resistentes sobre el sitio de cimentaicón por efecto de las solicitaciones sísmicas deberán ser equilibrados por las reacciones del terreno que actúan sobre ellos, sin que excedan los esfuerzos permisibles del artículo Se aceptará que en una parte de la cimentación no existan esfuerzos de contacto siempre que, en cada sistema resistente, el área total en comprensión no sea inferior al 50% del área total de los cimientos de ese sistema. En estos casos, el modelo utilizado en el análisis de la estructura deberá ser congruente con las condiciones existentes en la fundación En las cimentaciones a base de zapatas aisladas de fundación, las columnas deberán interconectarse bajo el nivel de planta inferior por medio de vigas de amarre capaces de resistir, en tracción o comprensión, una fuerza axial mínima del 10% de la carga axial correspondiente a la zapata más solicitada. Estas vigas también pueden ser diseñadas para resistir, parcial o totalmente, los momenetos flexores en la base de las columnas, en cuyo caso podrá hacerse la reducción correspondiente en los momentos que sean transmitidos directamente al terreno. Podrá hacerse excepción de este artículo en edificios de uno, dos o tres pisos, salvo que las condiciones del terreno manifiesten lo contrario En las fundaciones sobre pilotes, las zapatas deberán estar interconectadas por vigas de amarre que cumplan los requisitos de tracción y compresión del artículo Sin embargo, no podrá considerarse la capacidad de flexión de las vigas de amarre para reducir los momentos que deberán resistir los pilotes, a menos que éstos estén todos colocados sobre un mismo eje horizontal, en cuyo caso las vigas de amarre perpendiculares a dicho eje podrán contribuir a resistir los momentos flexores en esa dirección En las cimentaciones sin pilotes, a base de zapatas aisladas, será posible considerar la naturaleza flexible del terreno y se permitirán rotaciones en las zapatas, acordes con esa 40

41 flexibilidad, durante la solicitación sísmica. En este caso, deberán justificarse en los documentos de diseño todas las consideraciones para el análisis y los datos utilizados en el cálculo. TABLA Factores de seguridad para la capacidad soportante de los suelos. Cargas Estáticas Método Ultimo Esfuerzos de Trabajo Pmin Pmax Pmin P max < Cargas Dinámicas Método Ultimo Esfuerzos de Trabajo Pmin Pmax Pmin P max < donde: P mín y P max son las presiones máxima y mínima en el suelo, que se calculan suponiendo una distribución lineal de ellas. El caso Pmin P max < 0.25 incluye el caso de una distribución triangular de presiones Los muros de retención deberán diseñarse para resistir, además de las fuerzas estáticas, la siguiente fuerza horizontal de sismo. 2 P = ½γ H 0.75a donde: s ( ) P = Fuerza de sismo, que actúa a 0.6H sobre la base γ s = Peso unitario del suelo H = Altura del muro a máx = Aceleración máxima, definida en el sitio del edificio según artículo De ser necesario, esta fuerza podrá sustituirse por una fuerza distribuida, con una variación trapezoidal en la altura del muro, cuya resultante tenga la misma magnitud y punto de aplicación que la fuerza P. La estabilidad de taludes se revisará conforme a lo dispuesto en el artículo max 41

42 Capítulo SISTEMAS Y COMPONENTES Todos los sistemas y componentes no estructurales, es decir, arquitéctonicos, mecánicos y eléctricos, que formen parte de edificios y estructuras afines, deberán diseñarse y construirse para que resistan las fuerzas sísmicas determinadas de acuerdo con este Capítulo La fuerza sísmica que actúa sobre cualquier componente debe aplicarse en el centro de masa del componente, debiendo combinarse de acuerdo con las indicaciones del artículo y cuando sea pertinente, con las del Cuando exista interacción entre los componentes no estructurales con el sistema estructural, la fuerza sísmica que esta interacción produzca deberá ser tomada en cuenta en el diseño de los componentes y de la estructura Los sistemas y componentes no estructurales deberán anclarse de manera que las fuerzas sísmicas puedan ser transferidas a la estructura del edificio. Para este efecto no podrá considerarse la fricción debida a cargas gravitacionales. Los documentos de diseño deberán incluir toda la información necesaria sobre el cálculo de anclajes de sistemas o componentes Los componentes o sistemas no estructurales deberán tener la resistencia y ductilidad necesarias para resistir las deformaciones causadas por los desplazamientos absolutos y relativos de los niveles de piso, debiendo ser estos desplazamientos calculados conforme al artículo Los sistemas y componentes arquitectónicos y sus soportes deberán diseñarse para resistir las fuerzas sísmicas por la siguiente fórmula: 2h i V t Fp = + amax p H h1 W X W p + t donde: F p = Fuerza sísmica aplicada a un sistema o componente arquitectónico, en su centro de masa. h i = Altura del nivel i en el cual se encuentra el sistema o componente del edificio. Para sistemas o componentes colocados en el terreno o bajo el nivel de base, se tomará h i = 0. h 1 = Altura de primer nivel. H = Altura total del edificio V t = Cortante total, en la base del edificio, producido por las fuerzas sísmicas. W t = Peso total del edifico en la base, utilizado en el cálculo de las fuerzas sísmicas. 42

43 a max = Aceleración máxima definida para el sitio y uso del edificio, según artículo X p = Constante para componentes arquitectónicos, según tabla W p = Peso del componente arquitectónico en consideración Los componentes o sistemas arquitectónicos compuestos básicamente de materiales frágiles, que tengan flexión transversal por fuerzas perpendiculares a su propio plano, no deberán exceder la capacidad de deformación del material cuando son sometidos a las fuerzas indicadas en el artículo anterior Los sistemas y componentes mecánicos y eléctricos así como sus soportes y anclajes deberán diseñarse para cargas sísmicas calculadas de acuerdo con principios establecidos de dinámica estructural o, en su lugar, determinadas por la siguiente expresión: 2h i V t Fc = + amax β c H h1 W X W c + t donde F c = Carga sísmica aplicada a un sistema o componente eléctrico o mecánico, en su centro de masa. h 1, h j, H, V t, W t, a max, según fueron definidos en el artículo β = Factor de amplificación relacionado con la respuesta de un sistema o componente, de conformidad con el artículo X c = Constante para componentes mecánicos o eléctricos, de acuerdo con la tabla W c = Peso del componente eléctrico o mecánico en consideración El factor de amplificación de soporte se determinará de la siguiente manera: 1) Para anclajes fijos al edificio, excepto en su nivel de base o bajo éste, β = 1. 2) Para sistemas montados sobre apoyos flexibles. T T < 0.6 o T T > 1.4, β = 1 Si c 1 c 1 Si 0.6 < Tc T1 < 1.4, β = 2 Si el sistema está apoyado en el terreno o sobre una base en contacto directo con éste, β = 2. 43

44 donde: T 1 = Período fundamental del edificio, calculado según artículos ó , o con principios establecidos de la dinámica estructural. T c = Período fundamental del componente, calculado de acuerdo con principios establecidos de la dinámica estructural. En ausencia de éstos podrá usarse la ecuación: T = 2π W gk g = Aceleración de la gravedad K = Rigidez de los soportes del sistema. c c En sistemas y componentes de dimensiones significativas, es recomendable sustituir F p, W p, F c y W c por fuerzas distribuidas en el área ó el volumen según sea el caso. TABLA Coeficiente sísmico para componentes arquitectónicos X p COMPONENTE FACTOR X p Apéndices Muros exteriores no cargados 1.2 Elementos anclados a muros o techos 2.0 Enchapes 1.5 Elementos de cubierta y techos 1.2 Recipientes y componentes misceláneos 1.0 Divisiones y Muros De escalera y ascensores 1.3 De conductos verticales 1.2 De corredores de salida incluyendo el cielo raso 1.2 De corredores privados 1.0 Separaciones de áreas de altura completa 1.0 Otros componentes arquitectónicos anclados al cieloraso, las paredes o el piso

45 TABLA Coeficiente sísmico para componentes mecánicos o eléctricos X c COMPONENTES FACTOR X c Sistemas eléctricos de emergencia. 2.0 Sistemas de detección de fuego y humo. 2.0 Sistemas de extinción de fuego. 2.0 Componentes de sistemas de seguridad humana. 2.0 Calderas, hornos, incineradores, calentadores de agua y otros 2.0 equipos que usen fuentes combustibles de energía o fuentes de alta temperatura. Sistemas de comunicación 1.5 Sistemas primarios de cables eléctricos 2.0 Centros de control de motores eléctricos, dispositivos de control 1.5 de motores, dispositivos de distibución, transformadores y subestaciones Equipos rotantes o reciprocantes 1.5 Equipos presionizados 2.0 Maquinaria de manufactura y proceso 1.2 Conductos y tuberías de sistemas de distribución 1.2 Pantallas y tableros eléctricos 1.5 Fajas transportadoras de material 1.2 Lámparas

46 Capítulo REQUISITOS PARA CONCRETO REFORZADO Generalidades Los edificios de concreto reforzado deberán cumplir con las especificaciones vigentes del Comité 318 del Instituto Americano del Concreto (Código ACI-318), excepto en lo referente a su apéndice A: "Disposiciones Especiales para Diseño Sísmico", que será sustituido por este capítulo Los requisitos de este capítulo deberán aplicarse a aquellos elementos de concreto reforzado que sean parte de sistemas resistentes a la acción sísmica. Podrán omitirse algunos de los requisitos de este capítulo siempre que se demuestre, de manera inequívoca, que el sistema resistente resultante tendrá una capacidad y ductilidad igual o mayor que la que se obtendría utilizando las normas de este capítulo Durante un sismo moderado o fuerte, las acciones internas que pueden ocurrir en los elementos son función de la capacidad real de las secciones y no de los valores obtenidos en el análisis, pues es muy probable que en alguna de éstas se exceda el rango elástico. En consecuencia el diseño sísmico es un diseño por capacidad, que no sólo debe satisfacer valores mínimos de resistencia sino también limitar el valor máximo de la misma Para garantizar que la distribución de las fuerzas sísmicas en los elementos estructurales de los sistemas resistentes sea conforme al análisis, debe asegurarse la no participación de aquellos elementos que no fueron considerados como factores resistentes al sismo. Por lo tanto, es preciso poner especial énfasis en el diseño, los detalles y la construcción de estos elementos no estructurales Debido a que las solicitaciones sísmicas producen deformaciones inelásticas y reversibles en algunas regiones de los elementos, es necesario garantizar en las mismas un comportamiento dúctil, producido por la fluencia del acero en tracción, evitando fallas frágiles causadas por deformación excesiva del concreto, falta de confinamiento, mecanismos de falla por cortante o fuerza axial, fallas en las uniones de vigas y columnas, pandeo local del acero al fluir en compresión, etc La resistencia mínima especificada del concreto en compresión deberá ser 210 Kg/cm 2 y la resistencia máxima especificada para elementos de concreto liviano será de 280 Kg/cm El acero de refuerzo longitudinal utilizado en elementos de marcos dúctiles y en los bordes de muros estructurales dúctiles de estructuras Tipos 1 y 2, deberá cumplir la norma ASTM A-706. Se permitirá utilizar acero ASTM A-615 de Grado 40, si: a) El esfuerzo real de fluencia no sobrepasa el esfuerzo especificado en más de 1250 Kg/cm 2, y 46

47 b) La relación de la resistencia última a la tensión al esfuerzo de fluencia real no es inferior a En columnas, muros y vigas, el traslapo del refuerzo longitudinal deberá hacerse en forma alternada. En ningún caso se podrá traslapar más del 50% del refuerzo en la longitud de traslapo. La distancia entre traslapos alternos deberá ser mayor que 30 veces el diámetro de la barra de refuerzo Los factores de reducción de resistencia φ serán los que señale el ACI-318, excepto en lo siguiente: a) El factor de reducción de resistencia al corte será 0.60, para aquellos elementos en los cuales se permita diseñar para una capacidad en cortante menor al cortante máximo correspondiente a la capacidad en flexión. b) El factor de reducción de resistencia para columnas con carga axial de compresión será 0.50 si la carga axial excede 0.10A g f c y no se cumplen los requisitos de refuerzo transversal de los incisos ó c) El factor de reducción, para longitud de anclaje de barras de refuerzo, será Cuando se efectúen traslapos con soldadura o cualquier artificio mecánico, al menos tres cuartos del refuerzo total deberá ser continuo y la distancia entre traslapos de barras adyacentes no podrá ser inferior a 30cm Elementos en Flexión Los requisitos de este artículo se aplican a vigas y otros elementos de marcos rígidos, que presenten las siguientes características: a) Sean parte de sistemas resistentes a fuerzas sísmicas. b) Resistan esas fuerzas fundamentalmente por flexión. c) Las fuerzas axiales a que están sujetos no exceden 0.10A g f c en ninguna combinación de cargas en que participen las cargas sísmicas. d) La luz libre es mayor que cuatro veces la altura efectiva El valor máximo de ρ ρ no podrá exceder 0.50 ρ b ni Tanto el refuerzo superior como el inferior deberán estar formados por un mínimo de dos barras. El valor mínimo de ρ será 14'f y (en kg/cm5), ó 1.33 veces el valor requerido, a todo lo largo del elemento La capacidad del momento positivo, en cada uno de los extremos del elemento, no será 47

48 inferior a la mitad de la capacidad del momento negativo en ese extremo. Las capacidades de momentos positivos o negtivos, en cualquier sección del elemento, no podrán ser inferiores a un 25% de la máxima capacidad de ese elemento Deberán colocarse aros de confinamiento en toda la longitud de traslapo de barras de refuerzo longitudinal. El espaciamiento máximo de los aros no podrá exceder d'4. No podrán hacerse traslapos: a) En los núcleos de unión. b) En una distancia igual a 2d de los extremos del elemento, y. c) En sitios donde el análisis indique posibilidad de fluencia del acero debido a desplazamientos inelásticos del sistema resistente El refuerzo superior o inferior de elementos flexores que llegue a las caras opuestas de un núcleo de unión deberá ser continuo y sin dobleces a través de éste. Cuando esto no sea posible con alguna barra, debido a variaciones de la sección transversal del elemento en flexión, ésta deberá anclarse conforme al inciso El refuerzo superior e inferior de los elementos flexores que terminen en un núcleo de unión deberá prolongarse hasta la cara opuesta de la región confinada del núcleo y continuar ortogonalmente después de un doblez de 90E. La longitud de anclaje se calculará conforme al artículo y se medirá desde el inicio del núcleo. El radio del doblez no podrá ser menor de cuatro veces el diámetro de la barra En todos los elementos en flexión, de estructuras Tipos 1 y 2, deberán colocarse aros de confinamiento con un espaciamiento máximo no mayor que d 4, 8 veces el diámetro del refuerzo longitudinal, 24 veces el diámetro del refuerzo transversal o 30 cm, a todo lo largo del elemento. El primer aro deberá colocarse a 5 cm del núcleo de unión En elementos en flexión de estructuras Tipo 3 deberán colocarse aros de confinamiento, con las separaciones indicadas en el inciso anterior, en las siguientes regiones: a) En los extremos del elemento; en cuyo caso el primer aro se colocará a 5 cm y el último a distancia 2d del núcleo de unión. b) En longitudes 2d a cada lado de una sección en la que puedan formarse rótulas plásticas. c) En cualquier región en que se requiera acero en compresión Para estructuras de cualquier tipo, en regiones donde no sea necesario colocar aros de confinamiento, deberán colocarse estribos de barras N1 3 ó mayores con espaciamiento máximo de d 2. 48

49 En regiones donde se requieran aros de confinamiento, éstos deberán colocarse de tal manera que todas las barras esquineras y las barras colocadas a más de 15 cm de las anteriores, estén unidas a la esquina del aro o a un amarre suplementario. Los aros consecutivos deberán tener sus extremos en los lados opuestos del elemento en flexión Elementos en Flexocompresión Los requisitos de este artículo se aplican a columnas, elementos de marcos rígidos y otros elementos estructurales que presenten las siguientes características. a) Sean parte de sistemas resistentes a fuerzas sísmicas. b) Soporten fuerzas axiales que excedan 0.10A g f c en alguna de las combinaciones de carga en que participen las cargas sísmicas. c) Que la razón de la dimensión menor de la seción transversal a la dimensión en la dirección ortogonal sea mayor que 0.40 ó, en su defecto, que su altura libre sea mayor que cuatro veces la dimensión mayor de la sección transversal del elemento En las uniones de estructuras Tipos 1 y 2 en que haya algún elemento en flexocompresión, la suma de las capacidades en flexión de las columnas deberá ser mayor que la suma de las capacidades en flexión de las vigas, en una y otra dirección principal. Para el cálculo de la capacidad en flexión de las columnas se usará, en cada dirección, la combinación de cargas cuya fuerza axial cause el menor momento flexor. Para el cálculo de la capacidad en flexión de las vigas se tomará el momento positivo de una y el momento negativo de la otra. Si lo anterior no fuere satisfecho, los elementos en flexocompresión deberán tener refuerzo transversal, en toda su altura, en la forma específicada en los incisos y La razón ρ t del área de refuerzo longitudinal al área bruta de la sección, A g, no podrá ser menor a 0.01 ni mayor a En los elementos en flexocompresión de estructuras Tipos 1 a 4 deberá darse un confinamiento especial en una longitud L o a partir de la cara de cada nudo, así como en ambos lados de cualquier sección donde pueda producirse una rótula plástica debido a cargas sísmicas. La longitud L o no podrá ser menor que: a) Una sexta parte de la altura libre del elemento. b) La máxima dimensión de su sección transversal. c) 45 cm No se permitirán traslapos en las regiones de confinamiento especial definidas en el 49

50 inciso En estructuras Tipos 1 a 4 el confinamiento especial en la región definida en el inciso deberá tener las siguientes características: a) la razón volumétrica, para refuerzo en espiral o aros circulares, no podrá ser menor de Ag f c ρs = Ac f y f ρ 0.18 c s = f donde: A g, A c = Area bruta y área del núcleo interior confinado, respectivamente. f yh = Esfuerzo de fluencia del acero transversal. b) El área del refuerzo en forma de estribos rectangulares no podrá ser menor que: f A c g Ash = 0.45sh 1 f yh A c f c A = 0.18sh f donde: sh A sh = Area de la barra que forma los aros y amarres suplementarios. s = Separación, centro a centro, entre aros. yh h" = Distancia máxima, sin soportes,entre esquinas del aro o entre éstas y los amarres suplementarios En estructuras Tipos 1 y 2, la separación s máxima del refuerzo en espiral ó entre aros, no podrá exceder 0.25 de la dimensión mínima de la sección o 10 cm En estructuras Tipos 3 y 4, la separación s máxima del refuerzo en espiral o entre aros no podrá exceder 8 diámetros de la menor barra longitudinal, 24 diámetros de la barra transversal ó 0.50 de la dimensión mínima de la sección En las regiones excluidas de los requisitos de confinamiento especial del inciso podrá duplicarse la separación máxima indicada en los incisos y En todo caso, deberán satisfacerse los requisitos para resistencia al cortante del artículo En estructuras de cualquier Tipo que no cumplan el requisito "c" para regularidad en yh 50

51 altura del artículo 2.3.5, deberá proveerse confinamiento especial, con las características indicadas en los incisos y en toda la altura de aquellos elementos de flexocompresión situados en pisos cuya rigidez sea menor que la de alguno de los pisos superiores En estructuras Tipos 1 a 4, cuando existan muros o particiones integrados a las columnas que producen columnas cortas que resistan cargas sísmicas, se considerará como altura libre de la columna corta el claro producido por las particiones interrumpidas. En estos casos deberá tenerse confinamiento especial, con las características indicadas en los incisos y , en toda la altura libre de la columna. Si ésta fuera menor que cuatro veces la distancia transversal en la dirección de las fuerzas sísmicas, el valor ρ s no podrá ser menor que 0.01 y ninguna combinación de cargas podrá producir fuerzas axiales mayores que 0.20A g f c Los elementos en flexocompresión de estructuras Tipos 1 a 4 en que alguna de las combinaciones de carga no produzca punto de reflexión en un piso determinado, deberán tener confinamiento especial con las características indicadas en los incisos y ó , según el tipo estructural, en toda la altura de la columna Muros Estructurales, Diafragmas, Marcos Arriostrados y Muros de Mampostería Confinada Los requisitos de este artículo se aplican a muros estructurales, marcos arriostrados, diafragmas, los elementos confinantes de muros de mampostería confinada y cualquier elemento en el que se produzcan fuerzas axiales debido al sismo. También se aplican a elementos de marcos rígidos que no cumplan con las condiciones de los incisos ó Los muros estructurales, cuya razón M Vl sea mayor o igual a dos, podrán ser diseñados con los conceptos de diseño de elementos en flexión o flexocompresión según sea el caso La razón de refuerzo ρ, para muros estructurales de concreto, no podrá ser inferior a , tanto en el eje longitudinal Ben la dirección del eje neutrob como en el transversal. El espaciamiento del refuerzo no deberá exceder de 45 cm. El refuerzo requerido por fuerzas cortantes deberá distribuirse uniformemente Deberá usarse al menos doble malla de refuerzo en cualquier muro estructural de concreto, en el que la fuerza cortante exceda 0.50A c f c ( f c en kg'cm5) o en el que el espesor iguale o exceda 20 cm Los elementos estructurales de marcos arriostrados, elementos confinantes de muros de mampostería confinada o elementos de diafragmas con esfuerzos de compresión mayores que 0.20 f c en combinaciones de carga que incluyan sismo, deberán tener refuerzo transversal, con las especificaciones contenidas en los incisos y ó , según se trate de 51

52 estructuras Tipo 1 y 2 ó 3 y 4, en la longitud total del elemento. Este refuerzo transversal podrá descontinuarse en la sección cuando el esfuerzo de compresión sea menor que 0.15 f c Todo refuerzo longitudinal de muros estructurales, marcos arriostrados, elementos confinantes de muros de mampostería confinada, diafragmas, etc. deberá anclarse o traslaparse de acuerdo con las especificaciones para refuerzo en tensión del artículo Todo muro estructural con esfuerzos de compresión mayores que 0.20 f c en su fibra extrema, correspondiente a combinaciones de carga que incluyan sismo, deberá tener elementos de borde, a menos que el muro como un todo satisfaga los requisitos de los incisos y para estructuras Tipo 2 ó el inciso , para estructuras Tipos 3 ó 4. Estos elementos podrán descontinuarse en el nivel en que los esfuerzos de compresión sean menores que 0.15 f c. Los elementos de borde deberán tener refuerzo transversal en toda su longitud como el especificado en los incisos y ó Los elementos de borde de muros estructurales de concreto y los elementos confinantes de muros de mampostería confinada deberán diseñarse para resistir todas las cargas verticales, incluyendo cargas tributarias y peso propio, así como las cargas verticales necesarias para resistir el momento de volteo debido al sismo El refuerzo transversal de los muros estructurales deberá anclarse en el núcleo confinado de los elementos de borde, de tal manera que sea capaz de desarrollar los esfuerzos de fluencia Núcleos de Unión Viga-Columna REQUISITOS GENERALES Las fuerzas de las barras longitudinales en los núcleos de unión, se calcularán suponiendo un esfuerzo de tracción de 1.25 f y Los factores de reducción de capacidad φ en los núcleos de unión serán los que indique el Código ACI 318, los factores del inciso no se aplicarán para las uniones. REFUERZO TRANSVERSAL En todo el núcleo de unión deberán colocarse aros de confinamiento conforme a los incisos y ó , a menos que el núcleo esté confinado por elementos estructurales, según se indica en el inciso La cantidad de aros de confinamiento podrá reducirse a la mitad de lo indicado en el inciso si en los cuatro lados del núcleo de unión existen vigas cuyo espesor es al menos tres cuartos del espesor de la columna en la sección correspondiente. 52

53 En el caso de vigas con dimensiones mayores a las de las columnas, en las que su refuerzo longitudinal no queda confinado por los aros de confinamiento de las columnas, deberá continuarse con los aros de la viga indicados en el inciso a través del núcleo de unión. ESFUERZOS CORTANTES La capacidad de diseño en cortante del núcleo de unión no podrá exceder γ Aj f c ( f c en kg'cm 2 ). El coeficiente γ será 4 si existen elementos en flexión en las cuatro esquinas y todos ellos tienen espesores de al menos tres cuartos del espesor de la columna; de lo contrario γ será 3. A j es el área transversal mínima en un plano paralelo a los ejes del refuerzo que causa el cortante de diseño Para concreto con agregado liviano, las capacidades en cortante no podrán exceder de tres cuartos los valores del inciso Longitudes de Anclaje de Refuerzo Longitudinal La longitud de anclaje, ag R, para barras de dimensiones N1 3 a N1 11, con un gancho estándar, no podrá ser menor que ocho veces el diámetro de la barra, 15 cm ó la longitud indicada en la siguiente ecuación: f ydb ag = 25φ f donde: d b = Diámetro de la barra φ = Factor de reducción = 0.65 ag R y d b en centímetros, f c y f y en kg'cm 2. En los casos de concreto con agregado liviano, R ag se tomará como 1.25 veces los valores anteriores El gancho estándar del inciso anterior deberá estar colocado dentro del núcleo confinado de una columna o de un elemento de borde La longitud de anclaje, R ar para barras rectas de dimensiones N1 3 a N1 11, no podrá ser menor de 2.5 R ag. Si el concreto bajo la barra, fraguado en la misma colada, excede los 30 cm, se usará una longitud R ar no menor que 3.5 R ag Para barras de dimensiones N1 14 a N1 18, la longitud de anclaje será de 1.5 veces la indicada en los incisos ó , según corresponda. c 53

54 Las barras rectas que terminan en un núcleo de unión deberán pasarse a través de la parte confinada del núcleo o del elemento de borde. Cualquier parte de la longitud de anclaje que no esté en la región confinada deberá incrementarse en un factor de Requisitos de Capacidad en Cortante La fuerza cortante para el diseño de elementos en flexión de estructuras Tipos 1 y 2 no será la obtenida en el análisis, sino la correspondiente a un elemento con rótulas plásticas en sus extremos que produce una condición de doble curvatura. Esta fuerza se calculará como donde: V u V u 1 M ± M ± cpi + cpj 0.75( 1.4wCP 1.7 ) L d = + + w CT φ L d 2 = Fuerza cortante de diseño. M cpi, M cpj = Capacidades probables en flexión,en los extremos del elemento, calculadas de manera que produzcan doble curvatura. Para el cálculo de estos valores no se considerará el factor de reducción en flexión y se supondrá que el esfuerzo de fluencia en el acero longitudinal es, al menos 1.25 f y. φ = Factor de reducción para cortante = L d w CP,w CT = Longitud entre caras de elemento en flexión = Altura efectiva del elemento = Cargas permanente y temporal en el elemento, respectivamente, consideradas como uniformes Para elementos en flexocompresión de estructuras Tipos 1 y 2, la fuerza cortante de diseño no será la obtenida en el análisis, sino la correspondiente a un elemento con rótulas plásticas en sus extremos que producen una condición de doble curvatura. Esta fuerza cortante se calculará como donde: V u V u ± ± 1 Mcpi + Mcpj = φ H = Fuerza cortante de diseño. φ = Factor de reducción para cortante = M cpi, M cpj = Capacidades probables en flexión, en los extremos superior e 54

55 inferior de la columna, calculadas de manera que produzcan doble curvatura. Para este caso no se considerará el factor de reducción para flexocompresión y se supondrá que el esfuerzo de fluencia en el acero longitudinal es, al menos, 1.25 f y. La carga axial con la cual se calcula la capacidad probable en flexión puede tomarse, conservadoramente, como la carga axial máxima correspondiente a una combinación de carga que incluya sismo. H = Altura libre de la columna En el caso de estructuras de cualquier Tipo estructural Bcon columnas cortas debidas a muros o particiones que no son continuos del piso al techo, tal y como se indica en el inciso B deberá diseñarse para la fuerza cortante de diseño señalada en el inciso En este caso, la altura del elemento será la altura libre de la columna corta En muros estructurales, marcos arriostrados y diafragmas, las fuerzas cortantes de diseño serán las que se deriven del análisis para fuerzas sísmicas de acuerdo con las distintas combinaciones de carga del artículo El factor de reducción de resistencia al corte será de 0.60 según se indica en el inciso REFUERZO TRANSVERSAL EN ELEMENTOS DE MARCO Para el cálculo del refuerzo transversal de elementos en flexión o flexocompresión Bpara los cuales la fuerza cortante debida al sismo, calculada conforme a los incisos ó , represente más del 50% del cortante total de diseñob no se tomará ningún esfuerzo cortante del concreto, a menos que las cargas axiales debidas a sismo sean inferiores a 0.05A g f c Los estribos necesarios para resistir el cortante deberán ser aros de confinamiento, con las características señaladas en los artículos , , y , según corresponda. CAPACIDAD EN CORTANTE DE MUROS ESTRUCTURALES Y DIAFRAGMAS La capacidad en cortante V n de muros estructurales y diafragmas se tomará como: donde: ( 0.5 ρ ) Vn = φac fc + afy A c ρ a = Area neta de la sección de concreto que resiste cortante, producto del espesor del alma multiplicado por la altura de la sección. = Razón de refuerzo cortante distribuido en un plano perpendicular al plano de A c. 55

56 f c = Resistencia en compresión del concreto en kg/cm 2. f y = Esfuerzo de fluencia del acero perpendicular del área A c, en kg / cm 2. φ = Factor de reducción para cortante, según incisos y La razón de refuerzo ρ b que indica la cantidad de refuerzo de dirección perpendiculat al refuerzo correspondiente a ρ a, deberá ser igual o mayor que ρ a La capacidad en cortante de muros estructurales o diafragmas no podrá exceder el valor dado por 2.5A c f c ( f c en kg/cm5) Cuando los muros contengan aberturas que modifiquen significativamente su comportamiento deberán tomarse en cuenta o, en su lugar, considerar únicamente la parte del muro que no tiene aberturas Juntas de Construcción Las juntas de construcción en muros estructurales, diafragmas y cualquier otro elemento estructural que resista fuerzas transversales debidas a sismo, deberán diseñarse para resistir esas fuerzas transversales en la junta Cuando la fuerza cortante en una junta de construcción la resista únicamente la fricción entre las superficies rugosas del concreto, el valor de la misma deberá ser menor al valor V j calculado como: Vj = φ Avf fy Pj donde: A vf ( ) = Area total de refuerzo, incluyendo refuerzo de flexión, normal a la junta de construcción. P j = Fuerza axial total que actúa junto a la fuerza cortante. φ = Factor de redución para cortante = Cuando se use concreto con agregado liviano, el valor V j se reducirá a un 75% del valor anterior Las superficies de todas las juntas de construcción, en elementos que resistan fuerzas horizontales, deberán dejarse limpias de elementos extraños y con suficiente rugosidad antes de colar el concreto Concreto Preesforzado Los elementos continuos de concretro preesforzado, que participen en la resistencia 56

57 sísmica de estructuras Tipos 1, 2 y 3, deberán reforzarse con acero estructural y confinarse con aros que satisfagan todos los requisitos de elementos de flexión de los artículos y , en las regiones donde puedan formarse goznes plásticos, de manera que se garantice la absorción de energía por deformación plástica de carácter reversible Los pisos y sistemas de techo de concreto con elementos pretensados podrán ser usados como diafragmas. Deberá revisarse que la losa de concreto reforzado, colada sobre los elementos pretensados, sea capaz de resistir las fuerzas cortantes conforme a los incisos , , y

58 Capítulo REQUISITOS PARA MAMPOSTERIA Generalidades El diseño y construcción de edificios de mampostería y sus componentes, que resistan fuerzas sísmicas, deberá satisfacer las especificaciones vigentes más recientes del "Código Uniforme de Construcción" (Uniform Building Code, UBC) excepto en aquellas cláusulas que se contrapongan a las especificaciones del presente capítulo Para el cálculo de elementos de mampostería, cuando se consideren en combinaciones de carga con participación de cargas sísmicas, se utilizarán los siguientes factores de reducción: Para flexión φ = 0.75 Para cortante φ = 0.85 Para adherencia dentro de las celdas del bloque φ = Determinación de f m. La resistencia a la compresión que se especifique para la mampostería ( f m ) deberá basarse en el ensayo de prismas de mampostería construidos usando los mismos materiales y procedimientos que se usarán en la construcción de la obra. Cuando no exista información obtenida del ensayo de prismas, el valor de f m se podrá suponer en 95 kg/cm 2, para bloques de concreto huecos que cumplen con la Norma MEIC Unidad de mampostería. Las unidades de mampostería (ladrillos sólidos o bloques huecos) deberán cumplir con las siguientes especificaciones: Ladrillos sólidos de arcilla: Norma ASTM C-62, última revisión. Ladrillos sólidos de concreto: Norma ASTMC-145, última revisión. Bloques huecos de concreto: Norma MEIC 6293, última revisión. Bloques huecos de arcilla: Norma MEIC 14121, última revisión. El espesor mínimo de las unidades de mampostería será de 10 cm para piezas sólidas y de12 cm para bloques huecos Mortero. El mortero usado para pegar las unidades de mampostería será únicamente del tipo PM o tipo PL, según la norma ASTM C-476, última edición Concreto para relleno de las celdas. El concreto que se utilice para rellenar las celdas 58

59 de los bloques será del tipo concreto grueso (coarse grout) según se indica en la norma vigente del ASTM C-476 y deberá alcanzar una resistencia mínima a la compresión a 28 días de 140 kg/cm 2. Este concreto deberá tener la fluidez necesaria para llenar completamente los huecos de los bloques sin sufrir segregación Los muros no estructurales, así como los tabiques y componentes de mampostería que no interactúen con la estructura durante un sismo, deberán diseñarse y construirse para resistir las fuerzas sísmicas inducidas por su propio peso. El anclaje de estos muros debe ser tal que garantice su estabilidad lateral, y permita los desplazamientos relativos entre el muro y la estructura conforme lo indica el artículo En ningún caso los muros de mampsotería podrán tener un refuerzo menor de 0.15% del área neta de la sección horizontal del muro. Dos terceras partes de este refuerzo mínimo se colocará como refuerzo vertical y una tercera parte como refuerzo horizontal. El espaciamiento máximo será de 80 cm para el refuerzo vertical y de 60 cm para el horizontal. Para el cálculo de refuerzo mínimo sólo se considerarán las barras que estén embebidas en concreto y tengan traslapos y anclajes que garanticen el desarrollo de su capacidad, según se indica en Las aberturas para puertas, ventanas o paso de instalaciones electromecánicas, producen concentraciones de esfuerzos y modifican sustancialmente el comportamiento de la mampostería. En consecuencia, deberán reforzarse y rigidizarse los bordes la aberturas en todo el perímetro Todo muro de mampostería debe ser diseñado para resistir fuerzas sísmicas en la dirección perpendicular a su propio plano. Las fuerzas se evaluarán conforme al artículo El diseño podrá considerar la sección compuesta por bloques de mampostería, concreto de relleno y acero de refuerzo, siempre y cuando los esfuerzos de adherencia entre acero y concreto, y concreto y mampostería, sean adecuados Muros con refuerzo integral Se denominan muros de mampostería con refuerzo integral aquellos formados por bloques huecos de concreto o arcilla cocida, con acero de refuerzo vertical y horizontal y con todas o algunas de sus celdas rellenas de concreto. Estos muros podrán utilizarse como sistemas resistentes a fuerzas sísmicas en estructuras Tipo 4 o Tipo 5, según se clasifiquen en el artículo Las estructuras de mampostería con refuerzo integral que no satisfagan los requisitos exigidos para estructuras Tipo 4 serán clasificadas como Tipo5, estarán limitadas a dos pisos de altura y su diseño se regirá por las disposiciones contenidas en la Sección 3, "Viviendas de uno y dos pisos". 59

60 Las superficies interiores de los bloques deberán ser capaces de desarrollar, con el concreto de relleno, los esfuerzos de adherencia necesarios para actuar integralmente. Los bloques deberán colocarse en hiladas horizontales y con traslapos entre hilada e hilada. No se permitirá la colocación en forma de estiba. El traslapo y el alineamiento vertical de los bloques deberán ser tales que permitan al refuerzo quedar alojado en celdas verticales continuas con dimensiones mínimas de 7 H 12 cm. Deberá colocarse mortero en todas las juntas horizontales y verticales. El espesor de las juntas no deberá ser menor de 0.6 cm ni mayor de 1.6 cm, excepto la junta entre la primera hilada y la fundación que podrá tener 2.5 cm La capacidad en flexión de muros con una relación M Vl igual o mayor que dos, se calculará con las siguientes ecuaciones: Afl s y N u c M u = φ Asf y l c α + β = l 2α donde: Af s y Nu α =, β = tlf tlf m m M u = Capacidad última en flexión. φ = Factor de reducción para flexión A s f y l c t = Area total de refuerzo vertical, distribuida uniformemente en la longitud del muro. = Esfuerzo de fluencia del refuerzo vertical. = Longitud del muro. = Distancia de la fibra extrema en compresión al eje neutro en condición última. = Espesor del muro. En muros construidos con bloques huecos de concreto o arcilla el espesor del muro será el espesor del bloque. N u = Carga axial de diseño, positiva en compresión. 60

61 En muros cuyo acero para flexión haya sido calculado conforme al inciso , la fuerza cortante de diseño será la correspondiente a la capacidad máxima del muro en flexión. Alternativamente, esta fuerza cortante podrá tomarse como 2 veces el valor resultante del análisis. En todo caso deberá ser resistida, en su totalidad, por acero de refuerzo. El acero horizontal para cortante estará dado por: Vu Av = φ donde: sv f l y V u s v = Fuerza cortante máxima correspondiente a la capacidad máxima del muro en flexión. = Espaciamiento del acero de refuerzo horizontal. φ = Factor de reduccón en cortante = l f y = Longitud del muro. = Esfuerzo de fluencia del acero horizontal para cortante En muros con una relación M Vl menor que dos se utilizarán como fuerzas cortantes de diseño las que resulten del análisis para las combinaciones de carga indicadas en el artículo La fuerza cortante de diseño deberá ser resistida, en su totalidad, por acero de refuerzo horizontal y vertical. El área de acero horizontal y vertical para cortante estará dada por: Vu sv Av = φ f l y donde: y Vu ss As = φ f l y A v A s s v s s = Area del refuerzo horizontal. = Area del refuerzo vertical. = Espaciamiento del refuerzo horizontal. = Espaciamiento del refuerzo vertical. 61

62 V u = Fuerza cortante de diseño. φ = Factor de reducción para cortante = f y l = Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo. = Longitud del muro Refuerzo a) Todas las varillas de refuerzo deberán ser N1 3 ó 4. b) El acero de refuerzo, tanto horizontal como vertical, tendrá un área mínima de un 0.15% del área neta de la sección transversal. El espaciamiento máximo será de 80 cm para el refuerzo vertical y 60 cm para el horizontal. c) El diámetro d b del refuerzo vertical no podrá exceder un décimo del espesor del bloque. No se colocará más de una varilla en cada celda. Los traslapos tendrán una longitud mínima, d R (en cm), de 2 = fd 50 cm, con f en kg cm d y b y Los anclajes deberán estar en las vigas de entrepiso o placas de fundación y tener la longitud mínima requerida. La posición de la varilla en la celda deberá fijarse en su parte superior e inferior y a intervalos que no excedan de 200 veces su diámetro. El espacio mínimo entre varilla y bloque será de 1.2 cm. d) El acero de refuerzo requerido para cortante deberá estar embebido en el concreto, en toda su longitud. Deberá tener dobleces de 180E alrededor de una varilla perpendicular y longitud libre mínima de diez diámetros o, en su lugar, dobleces de 90E en el plano vertical y longitud libre de 30 cm. La longitud de traslape, R d, será la calculada en el punto anterior. e) Deberá colocarse al menos una varilla en los extremos de pared y en los lados de puertas, ventanas o cualquier otra abertura; deberá colocarse un mínimo de dos varillas en las esquinas o intersecciones de muros, con un máximo de una varilla por celda. f) No se permitirá traslapar el acero de refuerzo vertical en una altura igual a 1.5 veces la longitud del muro, en aquellas regiones en que pueden producirse deformaciones inelásticas Los muros de mampostería deberán estar conectados a diafragmas o elementos horizontales de concreto reforzado, que garanticen continuidad en el perímetro del edificio, al menos en los niveles de fundación, de entrepisos y de techo. Estos sistemas deberán garantizar el funcionamiento de cajón de este tipo de estructuras. 62

63 En muros con aberturas de dimensión considerable se aplicará lo dispuesto en el artículo Muros de mampostería confinada Se definen como muros de mampostería confinada, también denominados marcos rellenos confinados, aquellos muros de mampostería con vigas y columnas de concreto colocadas en la periferia que actúan de manera integral con la mampostería y la confinan en el plano del muro. Estos muros pueden utilizarse, solos o combinados con otros sistemas resistentes, para resistirlas fuerzas sísmicas en estructuras clasificadas como Tipo 3, según el artículo La mampostería deberá tener refuerzo integral, tanto para resistir las fuerzas cortantes en el plano del muro como los momentos de flexión causados por fuerzas de inercia normales a ese plano. El refuerzo mínimo será el especificado en el inciso Podrán considerarse como estructuras Tipo 3, aquellas cuyos muros de mampostería confinada satisfagan la relación MVl 2en las regiones donde pueden generarse rotaciones inelásticas Los elementos de concreto reforzado de los muros de mampostería confinada de estructuras Tipo 3 ó 4 deben satisfacer, en lo que corresponda, las disposiciones del artículo Las estructuras tipo cajón a base de muros de mampostería confinada que no cumplan las condiciones requeridas para estructuras Tipo 4 deberán clasificarse como Tipo 5, estarán limitadas a dos pisos y su diseño se regirá por las disposiciones contenidas en la Sección 3, "Viviendas de uno y dos pisos" Las disposiciones del artículo no son aplicables a muros de marcos rellenos que hayan sido desligados de los elementos de concreto para que no interactúen con la estructura. Estos muros deberán diseñarse conforme a lo dispuesto en el inciso El diseño sismo-resistente de muros de mampostería confinada deberá contemplar los siguientes posibles modos de falla: a) Fluencia del acero de la columna en tración debido a momentos de volcamiento. b) Deslizamiento, debido a falla por cortante en los planos horizontales de unión de los bloques de mampostería. c) Agrietamiento por tensión diagonal del muro y posterior falla por compresión diagonal del mismo en la dirección ortogonal. d) Falla de flexión o cortante en las columnas o vigas confinantes La fluencia del acero de la columna es una falla dúctil que deberá ser la falla crítica en 63

64 muros de estructuras Tipo 3. Ocurre debido a momentos de flexión que hacen fluir el acero vertical en la columna en tracción y en el muro de mampostería adyacente. El diseño podrá hacerse conforme a las indicaciones de los incisos y Las columnas en compresión deberán tener confinamiento especial conforme al artículo En el cálculo de α y β se usará el valor de f c de la columna en compresiónen lugar del valor f. m La capacidad por cortante del paño de mampostería en muros de mampostería confinada se calculará como V = φv um m donde: Vm = 0.05 f ctl+ Avfyl s v V um V m = Capacidad última por cortante del paño de mampostería (en kg). = Capacidad nominal de paño de mampostería (en kg). φ = Factor de reducción de capacidad en cortante = f m = Resistencia a la compresión de la mampostería (en kg/cm 2 ). t l = Espesor del paño de mampostería (en cm). = Longitud del paño de mampostería (en cm). A v = Area del refuerzo horizontal (en cm 2 ). s v = Espaciamiento del refuerzo horizontal (en cm). f y = Esfuerzo de fluencia del refuerzo (en kg/ cm 2 ). La relación As s s, correspondiente al acero de refuerzo vertical, deberá ser igual o mayor que la relación Av s v del refuerzo horizontal El diseño de muros de mampostería confinada deberá satisfacer las siguientes condiciones: a) La capacidad en cortante de las columnas confinantes deberá ser mayor que la capacidad en cortante de los paños de mampostería. φ V > V donde: ( n) col. paño m 64

65 V n = V c + V s = Capacidad nominal de la columnas de concreto. φ = Factor de reducción de capacidad en cortante = V m = Capacidad nominal del paño de mampostería, según se calculó en el inciso anterior. b) La capacidad total de las columnas y los paños deberá ser mayor a la fuerza cortante de diseño del muro. φ Σ V +Σ V > V ( ) n m En muros cuyo diseño esté controlado por la fluencia del acero en tracción de la columna, el cortante V u será el correspondiente a la capacidad máxima en flexión. c) La capacidad en cortante de las columnas deberá ser mayor al cortante asociado con la formación de rótulas plásticas en los extremos superior e inferior de ellas, según se indicó en el inciso u 65

66 Capítulo REQUISITOS PARA ACERO Generalidades El diseño y la construcción de edificios y componentes de acero que resistan fuerzas sísmicas deberán satisfacer los requisitos de las especificaciones indicadas a continuación, excepto donde sean modificadas por disposiciones de este mismo capítulo: a) Especificaciones para el Diseño, Fabricación y Montaje de Acero Estructural para Edificios del Instituto Americano de Construcción de Acero. (AISC) - Octava Edición, Partes 1 y 2. b) Especificaciones para el Diseño de Miembros Estructurales de Acero Doblado en Frío, del Instituto Americano de Hierro y Acero. (AISI), Edición de Resistencia de Elementos y Uniones Factores de Reducción La resistencia de los elementos y de sus uniones sometidas a combinaciones de carga que incluyan cargas sísmicas debe calcularse utilizando un factor de reducción de capacidad y los esfuerzos permisibles de los documentos de referencia, excepto en donde lo modifique este artículo. Los valores de φ serán los siguientes: a) Elementos y uniones diseñados para permitir que se desarrollen las capacidades de sus elementos: φ = b) Uniones que no hayan sido diseñadas para desarrollar la capacidad de sus elementos o que no cumplan las recomendaciones del artículo : φ = 0.67 c) Soldadura de penetración parcial en columnas sometidas a fuerzas de tensión: φ = Acero Estructural Las especificaciones del AISC se modifican de la siguiente manera: a) Esfuerzos permisibles. La sección del AISC deberá leerse como sigue: La resistencia de los miembros de acero estructural, para soportar combinaciones de cargas que incluyan cargas sísmicas, se determinará utilizando 1.7 veces los esfuerzos permisibles en las Secciones 1.5.1, 1.5.2, y del AISC. 66

67 b) Capacidad en cortante. En las secciones y del AISC, utilícese F = 0.32F en vez de F = 0.40F para determinar la capacidad en cortante. v y v y c) Esfuerzos de flexocompresión. En la sección del AISC, utilícese la siguiente ecuación para F e. donde: l b r b K F = e 2 π E ( Kl r ) = Longitud real en el plano de flexión = Radio de giro correspondiente = Factor de longitud efectiva en el plano de flexión. b d) Capacidad de flexión de elementos. Modifíquese el primer párrafo de la Sección 2.1 del AISC, suprimiendo o fuerzas sísmicas y añadiendo lo siguiente: La capacidad de los elementos deberá calcularse con los requisitos aquí contenidos. Salvo lo que modifiquen estas disposiciones, rigen todas las disposiciones pertinentes de la Parte 1 del AISC Acero Doblado en Frío a) Capacidad de los elementos. La sección y el primer párrafo de la sección del aisi deberán modificarse sustituyendo 70% en vez del aumento del 33 1/3% permitido para combinaciones de carga que incluyan sismo. b) Ancho eficaz. Deberá modificarse el tercer párrafo de la sección del AISI de la siguiente forma: Cuando los elementos estén sometidos a esfuerzos producidos por combinaciones de cargas que incluyan cargas sísmicas, el ancho eficaz del diseño, b, deberá determinarse utilizando 0.60 veces el esfuerzo que se obtiene con el aumento permitido en las secciones ó Las estructuras de acero clasificadas como Tipo 5 pueden consistir en cualquier tipo de construcción permitida en las especificaciones del AISC, del AISI o de algún otro conjunto de especificaciones para construcciones de acero que produzca resultados equivalentes. Los documentos de diseño deberán incluir la referencia a las especificaciones utilizadas Se permitirán estructuras de acero, clasificables como Tipo 3 ó Tipo 4, siempre que cumplan con todos los requisitos de la Parte 1 del AISC Se permitirán estructuras de cajón, clasificables como Tipo 4, cuyo sistema resistente consiste de marcos arriostrados con elementos en diagonal a base de acero doblado en frío. Estas estructuras no podrán exceder los cinco pisos de altura y sus marcos arriostrados deberán ser continuos desde el nivel de fundación hasta el nivel superior. El diseño deberá cumplir con las especificaciones del AISI. b 2 67

68 Las estructuras Tipos 1 y 2 deberán cumplir todos los requisitos del AISC y los requisitos adicionales contenidos en los artículos y Los marcos arriostrados de estructuras Tipo 2 deberán diseñarse conforme a las disposiciones de la Parte 2 del AISC. Además, todos los elementos del sistema resistente de edificios de más de dos pisos que resistan fuerzas de tracción, deberán tener una capacidad en compresión de por lo menos un 50% de la fuerza de tracción. Además, la razón de esbeltez de los elementos de arriostre deberá satisfacer la relación Kl r Los marcos dúctiles de estructuras Tipos 1 y 2 deberán diseñarse conforme a la Parte 2 del AISC, con las modificaciones siguientes: a) Sustitúyanse los últimos tres párrafos de la sección 2.1 del AISC por lo siguiente: Los marcos dúctiles deben satisfacer los requisitos para construcción Tipo 1 del AISC (marco rígido) en el plano del marco, según se indica en la sección 1.2. del AISC (marco con uniones flexibles) en elementos colocados entre marcos rígidos. Las uniones que ligan una parte de la estructura diseñada de acuerdo con la Parte 2 del AISC con una parte no diseñada así, no necesitan ser más rígidas que las uniones estándar de alma o de apoyo. Excepto en lo que la Parte II del AISC modifique, todas las disposiciones pertinentes de la Parte I del AISC deberán ser observadas. La capacidad de elementos flexionantes se calculará como módulo plástico de la sección. Np = ZF y, donde Z es el b) Sustitúyase lo siguiente por la sección 2.2 del AISC: El acero estructural deberá satisfacer alguna de las siguientes especificaciones ASTM o sus equivalente en otras normas internacionales: A36-75, A441-75, A500-76, A501-76, A572-76, A c) La sección del AISC no será aplicable y la última frase de la sección del AISC deberá modificarse para que se lea así: La fuerza axial en las columnas no debe sobrepasar 0.60P y. d) Añádase lo siguiente a la sección 2.4 del AISC: Los empalmes de las columnas no deberán colocarse en regiones en las que puedan formarse goznes plásticos, a menos que estos empalmes sean capaces de desarrollar la misma capacidad de la columna. No deberán usarse soldaduras de penetración parcial para empalmar columnas a menos que se demuestre que la resistencia del empalme es adecuada para resistir efectos provenientes de: i La capacidad plástica de las uniones en los extremos de la columna, suponiendo un esfuerzo de fluencia de F y ii La capacidad plástica de la unión en cada uno de los extremos más el 50% de la 68

69 capacidad plástica de la unión en el otro extremo, suponiendo un esfuerzo de fluencia F y. iii La siguiente combinación de carga: CU = 0.5CP ± CS e) Añádase lo siguiente a la sección 2.5 del AISC: La fuerza cortante en las vigas y columnas del marco y en sus uniones se calculará suponiendo momentos iguales a la capacidad en flexión de los elementos en las secciones críticas en que podrían formarse goznes plásticos. No obstante las fuerzas cortantes no podrán ser inferiores a las que resulten del análisis elástico. Los núcleos de unión deberán diseñarse para resistir los cortantes f v obtenidos a partir de la capacidad de los elementos que tributan esfuerzos en el nudo. Sin embargo, no es necesario exceder los cortantes que resultarían de deformar elásticamente el marco al doble de los valores elásticos producidos por las fuerzas sísmicas. f) Añádase el siguiente párrafo a la seción 2.8 del AISC: Las uniones viga- columna deberán desarrollar la capacidad del nudo, determinada por la capacidad de los elementos que tributan esfuerzos en él,a menos que se demuestre que es posible obtener rotaciones inelásticas adecuadas mediante la deformación de los materiales del núcleo de unión. g) Cámbiese el inicio del penúltimo párrafo de la sección 2.9 del AISC para que se lea de la siguiente manera: No es necesario aplicar las disposiciones anteriores en elementos flexionados con respecto a su eje débil. Sin embargo, en regiones que no estén adyacentes a un gozne plástico, la distancia máxima entre puntos de apoyo lateral deberá satisfacer los requisitos de las ecuaciones (1.5-6a), (1.5-6b) ó (1.5-7) así como las ecuaciones (1.6-1a) y (1.6-1b) de estas especificaciones. 69

70 Capítulo REQUISITOS PARA MADERA El diseño y construcción de edificios y componentes de madera que resistan fuerzas sísmicas deberán satisfacer los requisitos más recientes del Código Uniforme de Construcción (Uniform Building Code, UBC), así como las indicaciones contenidas en este capítulo La capacidad de elementos y uniones que resistan fuerzas sísmicas deberá calcularse incrementando por 1.67 los esfuerzos de trabajo permitidos por el UBC. Además, deberá utilizarse un factor de reducción φ de acuerdo a la clasificación siguiente: a) Elementos de madera en flexión, contacto directo y fuerzas axiales de tracción o compresión φ = b) Clavos en cortante en muros o diafragmas de madera laminada contrachapada (plywood) φ = c) Cortante en diafragmas y muros estructurales φ = d) Cortante en tornillos con tuerca que no tengan arandelas en ambos extremos φ = e) Tornillos para madera con no más de cuatro tornillos φ = f) Tornillos para madera con más de cuatro tornillos (N > 4), φ = 3.6 N. g) Tornillos con tuerca y arandelas y otras uniones de vigas y columnas de madera φ = Se permitirán estructuras de cajón, clasificables como Tipo 4, cuyo sistema resistente consista de muros estructurales de madera laminada contrachapada o marcos arriostrados con elementos en diagonal. Estas estructuras no podrán exceder los cuatro pisos de altura y sus muros o marcos arriostrados deberán ser continuos desde el nivel de fundación hasta el nivel superior En edificios de más de dos pisos de altura, no se permitirá el uso estructural de la madera como diafragmas horizontales encargados de transmitir fuerzas sísmicas entre los distintos sistemas resistentes, a menos que estos sean explícitamente diseñados para transmitir dichas fuerzas cortantes Los muros estructurales de madera laminada contrachapada, que deban resistir fuerzas sísmicas, deberán estar formados por láminas completas de dimensiones mínimas de 0.90 H 2.10 m, excepto en los extremos o donde ocurran cambios de geometría. El marco interior deberá tener elementos por lo menos en todos los bordes de las láminas. Las láminas deberán diseñarse 70

71 para tomar los esfuerzos cortantes únicamente. El marco interior, con sus elementos de borde y diagonales, deberá diseñarse para todas las fuerzas axiales que resulten de las cargas gravitacionales y sísmicas. El marco interior deberá anclarse a las fundaciones de los muros por medio de pernos capaces de transmitir las fuerzas sísmicas Se permitirán estructuras cuyo sistema resistente consista en marcos rígidos de madera, sea esta laminada, encolada o en una sola pieza. Estas estructuras estarán limitadas a un solo piso y sus fuerzas sísmicas serán las que correspondan a estructuras Tipo 3. 71

72 Capítulo EDIFICIOS Y COMPONENTES PREFABRICADOS Todos los edificios y componentes prefabricados deberán satisfacer las especificaciones más recientes del Comité 318 del Instituto Americano del Concreto (Código ACI-318) y sus Comentarios Este capítulo se refiere a edificios con elementos prefabricados, de concreto reforzado o preesforzado, que deban resistir cargas sísmicas. Para efectos de este capítulo se consideran las siguientes tres categorías: a) Partes o componentes prefabricados meramente arquitectónicos, que resistan únicamente fuerzas sísmicas causadas por su propio peso. El diseño de estos elementos se hará conforme a las indicaciones del Capítulo b) Elementos y sistemas estructurales prefabricados cuya función principal sea resistir cargas gravitacionales u otro tipo de acciones que no sean sísmicas. c) Elementos y sistemas prefabricados que sean parte fundamental del sistema sismoresistente Los elementos y sistemas estructurales cuya función principal sea resistir cargas gravitacionales u otro tipo de cargas que sean sísmicas, deberán ser capaces de resistir las fuerzas de inercia producidas por su propio peso. Estos elementos deberán tener uniones (articuladas, semirígidas o rígidas) capaces de preservar la integridad estructural del sistema en presencia de las deformaciones debidas al sismo, y de evitar que desplazamientos relativos excesivos dañen los apoyos o los elementos y propicien su colapso estructural, además, los diafragmas deberán ser capaces de transmitir las fuerzas sísmicas a los sistemas sismo-resistentes capaces de resistirlas Elementos y sistemas prefabricados que sean parte del sistema sismo-resistente Al igual que en las estructuras de concreto colado en sitio, en el diseño de sistemas sismo-resistentes con elementos y componentes prefabricados, el diseñador deberá seleccionar las regiones en donde deberán producirse las articulaciones plásticas, y deberá detallarlas para que posean la ductilidad y resistencia necesarias para disipar energía durante el sismo. El resto de la estructura deberá tener la resistencia necesaria para asegurar que las deformaciones inelásticas sólo ocurrirán en las regiones seleccionadas. La selección del sistema estructural y la elaboración de detalles adecuados en las uniones y en regiones seleccionadas para que ocurran deformaciones plásticas, son condiciones fundamentales para el buen comportamiento de sistemas sismo-resistentes con elementos y componentes prefabricados. 72

73 Aquellas estructuras prefabricadas que sean isostáticas o que no posean regiones capaces de deformarse inelásticamente sin pérdida sensible de su resistencia, deberán clasificarse como Tipo 5, conforme al artículo y estarán limitadas a tres pisos de altura Podrán considerarse como Tipo 3 aquellas estructuras con un sistema resistente a base de marcos rígidos o muros de corte prefabricados, cuyas uniones se detallen y construyan como uniones de tipo dúctil o uniones de tipo fuerte. Son uniones de tipo dúctil aquellas uniones rígidas capaces de experimentar deformaciones inelásticas cíclicas sin pérdida sensible de su resistencia. Las uniones de tipo fuerte son aquellas de capacidad suficiente para permanecer en el rango elástico durante el sismo, mientras se forman las rótulas plásticas en otras regiones previamente seleccionadas Las uniones dúctiles de estructuras prefabricadas Tipo 3 deberán hacerse de tipo húmedo, con concreto colado en sitio y acero de refuerzo convencional con traslape adecuado. El refuerzo deberá detallarse y confinarse de manera que se garantice el comportamiento dúctil de la unión Las uniones fuertes de estructuras prefabricadas Tipo 3 podrán ser de tipo húmedo, con el acero de refuerzo traslapado o soldado, o a base de tendones de postensión que atraviesen las superficies de unión y unan los elementos prefabricados mediane preesfuerzo. La capacidad de estas uniones deberá exceder en 1.5 veces el valor necesario para que se reproduzcan las rótulas plásticas en regiones del elemento prefabricado previamente seleccionadas Las estructuras tipo cajón a base de tableros de pared y entrepiso prefabricados, que se clasifican como Tipo 4, deberán tener uniones de tipo dúctil o de tipo fuerte entre sus elementos estructurales. Las uniones de tipo dúctil deberán satisfacer los requisitos del inciso o hacerse a base de tendones de postensión que atraviesan las superficies de unión de los elementos prefabricados. Las uniones de tipo fuerte podrán ser las indicadas en el inciso o de tipo seco, es decir, a base de uniones mecánicas, soldadas o atornilladas, de elementos de acero anclados al concreto y sin concreto colado en sitio Los diafragmas horizontales, a base de elementos prefabricados, podrán ser considerados como diafragmas rígidos cuando se diseñen para trasmitir las fuerzas de inercia a los sistemas resistentes de acuerdo con sus rigideces. Deberán tener una losa colada en sitio de un espesor mínimo de 5 cm, que integre todos los elementos prefabricados del diafragma, y con refuerzo mínimo de contracción y temperatura. Alternativamente, podrán considerarse como diafragmas rígidos aquellos con uniones de tipo húmedo o de tipo seco entre los elementos prefabricados del diafragma. Sin embargo, las uniones de tipo seco estarán limitadas a edificios de no más de tres pisos. Cuando se utilice una losa colada en sitio, en la unión entre los elementos prefabricados y la losa existirá una superficie de contacto limpia y con rigurosidades mínimas de 5 mm. Cuando en el diseño se considere la acción integrada de estos elementos se supondrá un esfuerzo de corte, en la superficie de contacto, de 5 kg/cm 2 para las condiciones de limpieza y rigurosidad 73

74 previamente definidas. Para esfuerzos mayores, deberá contarse con conectores de acero en los elementos prefabricados Para esfuerzos de corte en el diafragma debidos a transferencias de esfuerzos de sismo f f en kg cm deberá cumplirse lo siguiente: entre sistemas resistentes, mayores a c ( c ) a) Se colocarán conectores, que integren la losa a los elementos prefabricados, con un área efectiva de 40 mm 2 por metro cuadrado de área de losa. b) El espaciamiento entre conectores en vigas y losa, en ambos sentidos no excederá 1.2 metros. c) Los conectores se colocarán de manera tal que se integren de manera efectiva tanto a la losa como al elemento prefabricado. d) La losa tendrá el refuerzo horizontal, en ambas direcciones, necesario para tomar los esfuerzos adicionales a la capacidad del concreto. Los esfuerzos de corte en el diafragma se calcularán como V φ bd donde: V = Cortante de diseño debido a la acción de diafragma. φ = Factor de reducción en cortante = b d = Espesor mínimo de la losa de concreto. = 0.80 del ancho del diafragma en la sección considerada En marcos rígidos, cuando se efectúen uniones a base de tendones de postensión que atraviesen las superficies de contacto, el anclaje deberá hacerse fuera de los núcleos de unión viga-columna, o de regiones que estén sometidas a esfuerzos de tension diagonal significativos. Para este efecto, en las uniones exteriores se prolongará la viga lo que sea necesario para anclar los tendones fuera de la región del núcleo Todas las supeficies de contacto de elementos prefabricados deberán limpiarse adecuadamente y tener suficiente rugosidad para evitar fallas por deslizamiento debido a cortante Durante el proceso constructivo, la estructura prefabricada deberá ser capaz de resistir sismos de intensidad tal que la probabilidad de excedencia, durante ese período, sea igual o menor al valor de dicha probabilidad durante la vida útil de la estructura terminada, conforme lo señala el artículo

75 Capítulo REMODELACIONES, REPARACIONES E INSTRUMENTACION Remodelaciones Será necesario rediseñar, de acuerdo con las especificaciones contenidas en la Sección 2, todo edificio en el que se efectúe una remodelación o modificación que produzca alguno de los siguientes efectos: a) Cambio de clasificación según uso del edificio, conforme al artículo b) Cambio de clasificación según la forma estructural, conforme al artículo c) Aumentos de más de un 25% en las cargas gravitacionales que afectan el comportamiento sísmico, conforme al artículo d) Cambios de más de un 50% en las rigideces de elementos pertenecientes al sistema resistente de fuerzas sísmicas Reparaciones Toda la estructura que resulte dañada en un sismo deberá ser reparada de manera que se restablezca al menos su capacidad estructural original. Si el comportamiento de la estructura durante un sismo denota la existencia de una estructuración, diseño o construcción, tales que exista un alto riesgo de colapso durante un sismo futuro, deberá ser reparada para que alcance la capacidad estructural especificada en esta Sección 2, o en su defecto deberá ser demolida, todo a juicio de la autoridad competente Instrumentación En todo nuevo edificio que tenga más de 15 pisos o 5000 m 2 de construcción, deberá instalarse un acelerógrafo de movimiento fuerte, con tres componentes, en el nivel de base. Si el edificio tuviera más de 20 pisos se colocará uno adicional, de iguales características, interconectado al primero, en el nivel de azotea o en el nivel inferior al techo del edificio. El costo de dicho equipo correrá por cuenta del dueño del edificio. 75

76 Capítulo REQUISITOS PARA DOCUMENTOS DE DISEÑO, INSPECCION Y CONSTRUCCION Los planos estructurales de cualquier edificio diseñado conforme a esta sección deberán contener, en su primera lámina, la siguiente información: a) Propiedades mecánicas de los materiales considerados en el diseño estructural. b) Clasificación del sitio de cimentación (art ) y capacidad de soporte del suelo considerada en el diseño. c) Clasificación del edificio según el uso (art ). d) Clasificación del edificio según la forma estructural (art ). e) Indicación de si el edificio es regular o irregular en planta y en altura (arts y 2.3.6). f) Aceleración máxima esperada en el sitio (art ). g) Método de análisis utilizado: estático, dinámico o la excepción establecida en el artículo h) Estimación de los períodos fundamentales y coeficientes sísmicos correspondientes para cada una de las direcciones de análisis, salvo que se aplique la excepción del artículo i) Estimación de los desplazameintos inelásticos relativos entrepisos (art ), salvo que se aplique la excepción del artículo j) En estructuras con procedimiento constructivo no convencional, indicaciones e instrucciomes sobre el sistema constructivo Los documentos de diseño de todo edificio clasificado según el uso en el grupo A, o aquellos clasificados en el grupo B que tengan cuatro pisos o más, o que excedan los 5000 m 2 de área de construcción, deberán contener la siguiente información: a) Planos de construcción. b) Estudio de suelos con capacidad de soporte recomendadas para diferentes profundidades de cimentación. c) Resumen de la memoria de cálculo. d) Descripción del sistema sismo-resistente y la importancia relativa de sus componentes. 76

77 Estos documentos deberán ser presentados al solicitarse el permiso de construcción La inspección de las obras mencionadas en el artículo deberá contar con la participación de un ingeniero encargado de supervisar que la construcción del sistema sismoresistente se haga de conformidad con los planos de construcción. 77

78 SECCIÓN 3 ANALISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCION DE VIVIENDAS DE UNO Y DOS PISOS Capitulo 3.1 Capítulo 3.2 Capítulo 3.3 Capítulo 3.4 Capítulo 3.5 Capítulo 3.6 Capítulo 3.7 Capítulo 3.8 GENERALIDADES TIPOS DE ESTRUCTURAS CONSIDERADOS MATERIALES Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS ESFUERZOS ADMISIBLES CARGAS DE DISEÑO REQUISITOS MINIMOS REGLAS BASICAS DE ESTRUCTURACION DETALLES CONSTRUCTIVOS Redacción y esquema fundamental: Ing. Ronald Steinvorth Sauter Dirigido y revisado por la Subcomisión de Vivienda de la Comisión Permanente del Código Sísmico de Costa Rica Ing. Rómulo Picado Chacón Ing. Franz Sauter Fabián 78

79 Capítulo 3.1. GENERALIDADES En esta tercera sección del CSCR se establecen las bases y criterios para diseñar estructuras para viviendas de uno y dos pisos. Además, se proporcionan recomendaciones y detalles constructivos mínimos que permiten estructurar las viviendas para los sistemas de construcción más usuales, sin necesidad de efectuar análisis sísmico. Deberá sin embargo comprobarse siempre la estabilidad de estas estructuras ante cargas gravitacionales Todas las construcciones de uno y dos pisos deben poseer un sistema estructural que provea estabilidad lateral adecuada y capaz de resistir las fuerzas de sismo especificadas en este Código en el Capítulo 3.5, sin exceder los esfuerzos admisibles especificados en el Capítulo 3.4. La comprobación de resistencia y estabilidad debe realizarse al menos en dos direcciones ortogonales, pudiendo efectuarse el análisis para cada dirección independientemente Todas las conexiones entre elementos deben tener la capacidad para transmitir las fuerzas cortantes, momentos flectores y fuerzas axiales a que están sometidas bajo la acción de las cargas especificadas en este Código Debido a que los sistemas constructivos que comúnmente se utilizan para construir viviendas de uno y dos pisos resultan en estructuras que tienen muy poca capacidad de deformación inelástica, y al hecho de que el comportamiento inelástico de la mampostería no está suficientemente bien estudiado, el diseño de los elementos estructurales en viviendas de uno y dos pisos se efectuará mediante el método de esfuerzos de trabajo Los sistemas constructivos y materiales descritos en estos capítulos son los más comúnmente usados en Costa Rica. Sin embargo se puede usar cualquier otro sistema o material, siempre que se compruebe su resistencia y estabilidad y se demuestre un buen comportamiento ante las cargas especificadas en este Código Definiciones Area bruta. Area total de una pieza de mampostería, incluyendo las celdas. Area neta. Area bruta menos el área de todas las celdas de una pieza de mampostería. Muro de carga. Toda aquella pared que soporte cualquier tipo de entrepiso o techo de concreto o que lleve una carga mayor o igual a 100 kg. por metro lineal de pared, adicional a su peso propio. 79

80 f c = Resistencia última a la compresión del concreto, medida en cilindros de cm a los 28 días, según especificación ASTM C-39, última revisión. f m = Resistencia última a la compresión de la mampostería, medida sobre el área neta de un prisma a los 28 días, según especificacón ASTM E-447, última revisión, o según Código UBC, última revisión. 80

81 Capítulo 3.2. TIPOS DE ESTRUCTURAS CONSIDERADOS Tipos de Estructuras Se consideran los siguientes tipos de estructuras de acuerdo con los sistemas de entrepiso y techo que los caracterizan: Estructuras de un piso: a) Sistema de techo con características de diafragma rígido. b) Sistema con estructura flexible en el techo Estructuras de dos pisos: a) Sistema con características de diafragma rígido en el techo y el entrepiso b) Sistema con estructuraflexible en el techo y en el entrepiso. c) Sistema con características de diafragma rígido solo en el entrepiso Tipos de Entrepisos y Techos Para efectos de la clasificación anterior se definen los tipos de entrepiso y techos como sigue: Diafragma rígido: Se considera que un techo o entrepiso tiene características de diafragma rígido cuando es capaz de transmitir fuerzas de torsión a los elementos resistentes. En este caso, las fuerzas de sismo son distribuidas de acuerdo a las rigideces de dichos elementos. Clasifican como tales los siguientes sistemas: a) Losas sólidas de concreto reforzado. b) Losas de concreto reforzado nervadas en una o dos direcciones. c) Sistema a base de viguetas de concreto prefabricadas o de acero, en una dirección, en combinación con losa de concreto reforzado colada en sitio. En todos los casos el espesor mínimo de la losa o ala de compresión debe ser de 5 cm Estructura flexible: Se considera que un sistema de techo o entrepiso es flexible cuando no es capaz de transmitir fuerzas de torsión a los elemenetos resistentes. Clasifican como tales los siguientes sistemas: a) Cubiertas de asbesto-cemento o metálicas, apoyadas en estructuras metálicas o de madera (a base de cerchas, vigas y largueros). b) Sistemas de pisos de madera sobre estructuras a base de viguetas de acero o de madera. 81

82 Capítulo 3.3. MATERIALES Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS Materiales Se consideran en este Código los siguientes materiales por ser los más usados en Costa Rica en la construcción de viviendas: a) Piezas sólidas de concreto o de arcilla cocida (ladrillos) b) Piezas huecas de concreto o de arcilla cocida (bloques) c) Concreto reforzado Se consideran piezas sólidas, aquellas que tienen una relación de área neta a área bruta igual o mayor que 0.75, medida en cualquier sección horizontal. No son admisibles piezas huecas que tengan dicha relación de área neta a área bruta menor que 0.50 ni aquellas cuyo espesor de pared sea menor de 2 cm Sistemas Constructivos Se definen los siguientes sistemas constructivos: a) Mampostería con refuerzo integral: Sistema de paredes a base de piezas huecas con refuerzo vertical de acero en algunas o todas las celdas, las cuales deben estar rellenas con concreto. Debe existir también refuerzo horizontal en las juntas de los bloques. b) Mampostería confinada: Sistemas de paredes a base de piezas sólidas o huecas confinadas mediante elementos de concreto reforzado de acuerdo con los requisitos del artículo c. c) Concreto reforzado: Sistema de paredes de concreto colado en sitio reforzadas con malla de acero, cumpliendo con las normas ACI 318, última revisión, o equivalentes Se permitirá el uso de cualquier otro maerial o sistema constructivo no mencionado aquí, siempre y cuando un estudio detallado demuestre su estabilidad y resistencia, así como su buen comportamiento ante las fuerzas de sismo especificadas en este Código. 82

83 Capítulo 3.4. ESFUERZOS ADMISIBLES Los esfuerzos en los materiales, calculados mediante un análisis elástico, no deberán exceder los que se indican a continuación. Las cargas para efectuar el cálculo de estos esfuerzos deberán determinarse según se indica en el Capítulo Mampostería con Refuerzo Integral 1 2 f m = 95 kg cm 2 f m > 95 kg cm Compresión axial 20 kg/cm f m Compresión en flexión 30 kg/cm f m Cortante 2 kg/cm f m 1 2 Los esfuerzos indicados en la primera columna son válidos para un valor de f = 95 kg cm. Si mediante pruebas m se logra determinar una mayor resistencia del prisma de mampostería, los valores se pueden modificar de acuerdo a las fórmulas que se indican en la segunda columna Mampostería Confinada 2 a- Unidades huecas Compresión axial y en flexión 10 kg/cm 2 Tensión, flexión vertical 0.4 kg/cm 2 Tensión, flexión horizontal 0.8 kg/cm 2 Cortante 0.8 kg/cm 2 b- Unidades sólidas Compresión axial y en flexión 10 kg/cm 2 Tensión, flexión vertical 0.7 kg/cm 2 Tensión, flexión horizontal 1.4 kg/cm 2 Cortante 1.0 kg/cm 2 2 Todos los esfuerzos indicados para unidades de mampostería se refieren a fuerzas sobre el área neta. 83

84 Concreto reforzado Compresión axial Compresión en flexión 0.20 f c 0.45 f c Cortante 0.29 f c Acero de refuerzo Tensión y compresión: Grado kg/cm 2 Grado 50 o inferior 1400 kg/cm Todos los esfuerzos indicados en el artículo anterior pueden aumentarse en un 50% para la combinación de cargas sísmicas y gravitacionales. 84

85 Capítulo 3.5. CARGAS DE DISEÑO Cargas Gravitacionales El valor de la carga permanente y de la carga temporal se calculará según se indica en los artículos , y de este código Cargas Sísmicas Para la determinación de la carga sísmica se usará como peso total el 100% de la carga permanente más el siguiente porcentaje de la carga temporal Pisos 15 % Techos 0 % La distribución de masas en la estructura se podrá simplificar como sigue: a) Las estructuras de uno y dos pisos con diafragma rígido en techo y entrepiso se considerarán con las masas concentradas a nivel de cada uno de los diafragmas. b) Las estructuras de dos pisos con diafragma rígido en entrepiso y con techo flexible se pueden considerar como de una sola masa concentrada a nivel de primer piso. c) En estructuras de uno o dos pisos con sistemas de entrepiso y techo flexible, las paredes deben analizarse como losas verticales, que se apoyan entre sí para lograr la estabilidad lateral. En este caso, la masa de las paredes se considerará distribuida uniformemente en su plano, y las masas del entrepiso y techo concentradas en el nivel correspondiente a cada uno de ellos El cortante total en la base de la estructura está dado por: V = CW donde: V W C = Cortante total a nivel base = Peso total de acuerdo al Art de este Código = Coeficiente sísmico según artículo de este Código. Si desea simplificar se pueden usar los siguientes valores, de acuerdo a la zonificación de la Fig

86 Zona Coeficiente Sísmico C I 0.11 II 0.22 III Para el análisis de paredes individuales en el sentido perpendicular al plano de las mismas, éstas se considerarán como losas verticales sometidas a una carga lateral de: donde: q = Cw W = Peso por metro cuadrado de pared C = Definido en el Artículo Los apoyos laterales de las paredes los constituyen las vigas de fundación, vigas corona, vigas medianeras, columnetas, columnas y paredes trasnversales según sea el caso, y deben ser diseñados para resistir las reacciones producidas por la carga definida en

87 Figura Zonificación Sísmica 87